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  • 基于Web的通信电源远程监控系统设计

    基于Web的通信电源远程监控系统设计

    远程监控系统是信息网络与工业控制网络结合的产物,它通过现场控制网络、企业内部网和Internet,把分布于各地的智能仪表系统互联起来,实现控制设备间的远程信息交互,完成远程监视与控制任务。将Web技术应用到远程监控系统中,可以提供比传统远程监控更为强大的功能。用户只需要通过普通的浏览器,就可以实现对远程设备的监视、控制、诊断、测试和配置。借助以太网和Internet技术,把嵌入式系统连接到Internet上,就可以方便、低廉地把信息传送到世界的任何一个地方。本文将利用动态数据交换技术和远程通信技术将远程监控应用于通信电源控制的领域。   1  动态数据交换技术的分析   动态数据交换技术,简称DDE,是一种Windows系统中进程间的通信机制,建立在Windows 内部的消息处理机上,其实质为各应用程序间通过共享内存来交换信息。   目前,很多的工控软件如iFix、RSVIEW32都支持DDE 功能。通过DDE 功能实现组态软件与其它应用程序的数据交换,可以扩展组态软件的功能。Net-DDE 可以扩展组态软件的网络功能,在Web中实现数据的共享。iFix 软件使用操作系统提供的NetDDE服务器与客户支持,用NetDDE 从一个远程DDE 服务器中获取信息,NetDDE 地址语言不同于普通的DDE 编址,通过NetDDE 用于传输实时数据的语法为:   这里的computername 是服务器节点的计算机或工作站的名字,NetDDE$是保留名,它确定用Net-DDE 进行能够数据传输,Netshare 是共享名,代表一组本地的应用程序名& 主题名。项是用于数据传输的独立部分。本系统用iFix 作为服务器,NetDDE 的实时数据语法*享名为"$DMDATA.DDE",在共享名中应用程序的名字DMDDE,主题的名字为DATA。   2  远程通信技术的分析   TCP/IP通信协议是一套工业标准协议,它是Internet最基本的协议,以它为基础组建的Internet是目前国际上规模最大的计算机网络,Internet的广泛应用,使得TCP/IP成了事实上的标准。TCP/IP实际上是由不同层次上的多个协议组合而成的协议组。   其协议族层次如图1 所示。   其中TCP (TransmissiON Control Protocol ,传输控制通信协议)、UDP (User Datagram Protocol ,用户数据报协议)是TCP/IP在传输层上的协议都使用IP作为网络层的协议。   当数据传输的性能必须让位于数据传输的完整性、可控制性和可靠性时,TCP 协议是当然的选择。例如文件传输、远程登陆等;当强调传输性能而不是数据的完整性时,例如音频、多媒体应用、数据库查询等,可靠性由应用程序提供,高效率的UDP 是最好的选择。 图1  TCP/IP协议图   3  通信电源远程监控系统设计方案   对于通信电源远程监控中心人员而言,能方便地将自己的控制信息实时地传递给所关心的设备,并以直观、快捷的方式获取所关心设备的实时状态参数和信息是最理想的。因此,本文主要分析了系统的硬件设计和软件设计。   3 .1  硬件系统的设计   本文设计的的远程监控系统硬件结构如图2 所示。系统的硬件主要由两大部分组成:嵌入式Web服务器、底层传感器和控制器设备。嵌入式Web服务器是硬件系统的核心。上层浏览器与嵌入式Web服务器之间是基于TCP/IP协议的网络通信,底层嵌入式Web服务器与设备之间的通信都是以嵌入式Web服务器为核心的,并且由嵌入式Web服务器将上层与传感器和控制器设备通信联系在一起,构成一个能实现完整功能的系统。   传感器对被控对象的状态进行监测,通过Web服务器将状态信息反馈给用户。控制器接收Web服务器发给它的命令信息,实现对被控对象进行控制。以嵌入式Web服务器为节点,将嵌入式Web服务器通过RJ45 接入局域网,再为每个嵌入式Web服务器分配一个局域网内私有的IP 地址,可以实现在局域网内访问每个嵌入式Web服务器,从而对它下面的设备或过程进行远程监控。   欲实现在互联网*问嵌入式Web服务器,现场局域网可以通过ADSL 专线、DDN 数据专线、ATM宽带接入等方式接入互联网,这样就能获取一个或一组真实的InterneTIP 地址(固定IP),为每个嵌入式Web服务器分配一个固定IP 地址,即可在远程访问这些嵌入式Web服务器。此种Internet接入方式的缺点是IP 地址的需求量非常大,成本很高。比较好的办法是在现场连成局域网,通过网关(Gateway)与外部连接。这样,内部嵌入式Web服务器及其下面的子系统与外部Internet就隔离开来,对系统的安全提供了保障。网关功能类似一个路由器,这种网关不用PC资源,要求比较简洁,用户可以在远程用浏览器通过网关与嵌入式Web服务器连接,这样可以远程控制各个嵌入式Web服务器。同时现场局域网上也可以挂接多个用户浏览器,可以随时监测各个设备或过程的工作状态。   图2  基于嵌入式Web服务器的远程监控系统硬件结构框图

    时间:2020-09-09 关键词: web 远程监控 通信电源

  • 通信电源的节能技术

    通信电源的节能技术

      1 前言   “节能减排”成为这些年来通信领域最热门的话题之一,行业内对此进行讨论和交流的研讨会不断召开,中国移动等运营商甚至为此成立了专门的管理办公室。多家运营商在各类产品的集中采购中,将是否具备节能功能作为重要的技术评价指标。在中国移动和联通的集中采购中,通信电源全系列的产品都明确了“节能减排” 的功能要求。   中兴通讯动力产品线关注通信电源及UPS产品的节能功能已有两年时间,通信电源方面之前已为国内及国际运营商开发过定制版本,模块化UPS产品也在研发初期将相应节能功能写入开发任务书。随着通信电源产品节能功能的实现和模块化UPS产品T080的问世,中兴动力产品的“呼吸式”功率管理也应运而生。   2 呼吸式功率管理的意义   通信电源和UPS的效率在50%以上的负载条件下都可以达到90%,自身能耗不到10%,从绝对值来说,这类电源转换设备的功耗远小于主设备和空调等动环设备。但具体到自身的运行可以看出,由于通信电源和UPS初始容量设计时,同时考虑了最大负载、蓄电池充电容量和备份容量,导致了实际运行负载往往处于轻载和超轻载状态,这种状态下,电源转换设备的效率往往较低,因此增加了自身的损耗。   “呼吸式”功率管理通过跟踪负载的变化,控制功率模块的开通与休眠,使系统尽量在最佳效率点附近进行工作,将功率模块的备份方式从热备份变为冷备份和半冷备份,减少处于轻载和超轻载状态下运行的模块。对于整个动力系统而言,减少电力使用,节省电费,提升运营商TCO。   3 呼吸式功率管理的效益测算   从通信机房整体看,“呼吸式”功率管理仅仅是在不到10%的效率上做文章,但对于电源自身而言,从轻载的85%效率提升到92%左右的高效率,电源设备自身节能则接近50%。   以基站电源200A配置为例,如为50A四个整流器组成,长期工作负载不超过40A的工可作情况下,采用中兴“呼吸式”功率管理,可每天节电3~4度。一年内总节电达1000度以上,假设电价1元/度,则一个这样的站点每年可能节约超千元。以通信电源的使用寿命大多在10年左右,也就是在整个的设备使用周期,节能费用相当于设备总价的80%以上。对于单省基站数量15000个点的运营商的中等规模省份来说,每年可以节省电费超过1500万元。   4 呼吸式功率管理的实现方法   呼吸式功率管理实现的方法主要有三方面:   (1) 通过跟随负载功率 控制功率模块的开启和休眠,使系统工作于最佳效率区域,实现效率的最优化和节能的最大化。以通信电源为例,其工作的最佳效率段在50%~80%的负载段(见图1),通过最佳效率跟踪,避免多模块开启导致的长期轻载工作。      (2) 降低休眠功率 为更深入的节能,需进一步降低功率模块的休眠功耗。传统软关断模式,休眠功率约为15W~20W,3~4个模块的休眠功率也达到50W~80W,占通信电源节能的比例较大。因此,中兴新一代通信电源将整流模块的休眠功耗降低到5W以下,在功率模块开关的基础上,锦上添花,进一步强化节能效果。   (3)通过节能模式的变化实现满足不同客户需求的节能 呼吸式功率管理,采用安全、节能、错峰、自由四种模式相结合的控制方式,节能功能需求不同的客户可根据现网条件,针对现有局站、新建局站在改造和新建采用不同的控制模式,并结合动力环境监控,实现最优化的控制。

    时间:2020-09-07 关键词: ups 呼吸式功率 通信电源

  • 通信电源的节能方案 呼吸式功率管理显效

      云计算(Cloud CompuTIng)是一种新兴的商业计算模型。它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上,使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务。之所以称为“云”,是因为它在某些方面具有现实中云的特征:云一般都较大;云的规模可以动态伸缩,它的边界是模糊的;云在空中飘忽不定,你无法也无需确定它的具体位置,但它确实存在于某处。之所以称为“云”,还因为云计算的鼻祖之一亚玛逊公司将曾经大家称作为网格计算的东西,取了一个新名称“弹性计算云”(EC2),并取得了商业上的成功。有人打了个比方:这就好比是从古老的单台发电机模式转向了电厂集中供电的模式。它意味着计算能力也可以作为一种商品进行流通,就像煤气、水电一样,取用方便,费用低廉。最大的不同在于,它是通过互联网进行传输的。   云计算是并行计算(Parallel CompuTIng)、分布式计算(Distributed CompuTIng)和网格计算(Grid CompuTIng)的发展,或者说是这些计算机科学概念的商业实现。云计算是虚拟化(Virtualization)、效用计算(Utility Computing)、IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)、SaaS(软件即服务)等概念混合演进并跃升的结果。这就是我概念中的“云通信”立足于国内三大运营商,不管用户使用的是那种服务,用的是什么终端。只要你在这个平台上注册了用户,将会享受到公平、公正、私密的通信服务。同时也为大家带来了通信的交易活动。不再受制于一个用户只能享受一家服务的窘境,也不担心好的服务用户无法使用。总而言之“云通信”就是属于大家自己的通信平台。   与云计算一样,各家厂商对云通信的定义和解读不同,我们不去深究,只从一个高度概括的角度来谈谈云通信可以通过哪些方式来交付。   毫无疑问,所谓云计算服务,一定是通过因特网来传递的,以下是当今存在的云通信服务呈现的形式:   ·语音服务。传统的语音服务通常针对中小企业。   ·IP电话。IP电话服务也称托管PBX或虚拟PBX服务,是基于PBX或IP PBX设备之上提供的功能和特征应用。   ·统一消息。统一消息服务将语音、e-mail、传真以及这些服务的数据存储整合到了一起。   ·呈现。通常包括状态信息呈现和位置信息呈现,用来标识一个人是否通信可达。   ·呼叫中心支持。这可能包括独立的和混合的功能,如:   --ACD(自动呼叫分配)   --IVR(交互语音应答)   --自动/预定拨号   --坐席报告   ·统一通信。统一通信包括但不限于这些组成部分:语音、统一消息、音视频会议、移动性、Web/数据协作、IM和呈现等。   由上不难看出,几乎所有现行的企业通信方式都可以通过云计算的形式来交付。也就是说,所有的通信方式都可以迁移到云端,让企业享受到云计算带来的灵活性和成本效益。当然,不同垂直行业对云通信功能的要求各不相同,没有一项云服务敢保证满足所有企业的所有需求。云计算的加入,极有可能给企业通信领域带来一个崭新的面貌,非常值得期待!  

    时间:2020-09-07 关键词: ups产品 通信电源

  • 同步整流技术在通信电源模块中的应用优势

      现今电力电子技术在电源模块中发展的趋势是低电压、大电流。使得在次级整流电路中选用同步整流技术成为一种高效、低损耗的方法。由于功率MOSFET的导通电阻很低,能提高电源效率,所以在采用隔离Buck电路的DC/DC变换器中已开始形成产品。同步整流技术原理示意图见图1。   同步整流技术是通过控制功率MOSFET的驱动电路,来利用功率MOSFET实现整流功能的技术。一般驱动频率固定,可达200kHz以上,门极驱动可以采用交叉耦合(Cross-coupled)或外加驱动信号配合死区时间控制实现。   同步整流技术的应用   同步整流技术出现较早,但早期的技术很难转换为产品,这是由于当时   1)驱动技术不成熟,可靠性不高,现在技术已逐步成熟,出现了专用同步整流驱动芯片,如IR1176等;   2)专用配套的低导通电阻功率MOSFET还未投放市场;   3)还未采用MOSFET并联肖特基二极管以降低寄生二极管的导通损耗;   4)在产品设计中没有解决分布电感对MOSFET开关损耗的影响。   经过这几年的发展,同步整流技术已经成熟,由于开发成本的原因,目前只在技术含量较高的通信电源模块中得到应用。如Synqor,Tyco,Ericsson等公司都推出了采用同步整流技术的产品。   现在的电源模块仍主要应用在通信系统中,随着通信技术的发展,通信芯片所需的电压逐步降低,5V和3.3V早已成为主流,正向2.5V、1.5V甚至更低的方向发展。通信设备的集成度不断提高,分布式电源系统中单机功率不断增加,输出电流从早期的10-20A到现在的30-60A,并有不断增大的趋势,同时要求体积要不断减小。这就为同步整流技术提供了广泛的应用需求。   同步整流技术与传统技术的对比   在传统的次级整流电路中,肖特基二极管是低电压、大电流应用的首选。其导通压降大于0.4V,但当通信电源模块的输出电压随着通信技术发展而逐步降低时,采用肖特基二极管的电源模块效率损失惊人,在输出电压为5V时,效率可达85%左右,在输出电压为3.3V时,效率降为80%,1.5V输出时只有65%,应用已不现实。   在低输出电压应用中,同步整流技术有明显优势。功率MOSFET导通电流能力强,可以达到60A以上。采用同步整流技术后,次级整流的电压降等于MOSFET的导通压降,由MOSFET的导通电阻决定,而且控制技术的进步也降低了MOSFET的开关损耗。在过去三年中,用于同步整流的MOSFET工艺取得了突破性的进展,导通电阻下降到了原来的1/5。现在,采用经过特殊工艺处理的MOSFET,能达到非常低的导通电阻,如IR公司的产品IRHSNA57064,当通导电流为45A时,其导通电阻仅为5.6毫欧,并且已经批量生产。   同步整流技术提高了次级整流效率,使生产低电压、大电流、小体积的通信电源模块成为现实。如Synqor公司的Tera系列为标准半砖模块(2.3英寸x2.4英寸),采用同步整流技术,其输出电压最低可到1.5V,输出电流最大可到60A,功率密度达到每立方英寸60W。采用同步整流技术和肖特基二极管的电源模块效率对比。   同步整流技术应用实例与技术优势   同步整流技术提高了电源效率,但其意义远不只如此,它给通信电源模块带来了许多新的进步。下面结合Synqor公司的电源模块为例进行介绍。   Synqor公司采用同步整流技术生产的通信电源模块由于降低了功耗,达到了很高的效率(91%)。   由于功耗的降低,在结构上实现了突破性的进步,取消了散热器,采用了无基板结构。   在传统的通信电源模块中,基板是标准配置,是提供散热途径的重要部件,用来安装散热器。同时将功率器件集中于基板上,与控制电路板分开,减小发热元件对控制芯片的影响。   Synqor公司的电源模块取消了基板和散热器,在相同通风条件下,一样能达到所需功率,这正是采用同步整流技术的成果。有许多显著优点:   1.由于基板结构复杂,控制电路板、散热器及磁芯元件的安装和焊接都需要人工,增加了故障可能性,降低了生产率。基板结构要求功率元件与基板间必须保持良好绝缘,这正是传统通信电源容易产生故障的地方之一。   2.采用同步整流技术后,可以使用无基板开放式结构。这样,更方便采用平面变压器等新技术,使用多层电路板上的铜箔布线作为线圈,磁芯直接嵌在多层电路板中,磁芯散热良好,多层电路板上的铜箔耦合紧密,最主要的是可以由先进加工设备自动生产,实现了电源模块全部自动化生产,极大的提高了生产率和可靠性。平面变压器与传统变压器相比,还能够实现高功率密度,真正达到小型化。   3.此外,基板结构中要填充绝缘导热材料,增加了重量。带有基板和散热器的传统电源模块由于体积和重量大,抗震能力差,在通信设备的机架中阻碍空气流通,降低了风扇效能。而采用同步整流技术的Synqor电源模块是开放式结构,高度仅10mm(0.4英寸),节约了机架空间,利于通风,方便通信控制板上其它通信芯片的散热;更高的功率密度使电源模块节约了在通信控制板上所占的空间;较低的功耗减少了分布式系统前端主电源的负担,节约了系统投资。   4.采用同步整流技术后,增强了抗电磁干扰(EMI)的能力。由于减少了基板,所以,原先存在于基板和接地间以及基板和元件间的寄生电容没有了,这些寄生电容带来的较大共模干扰也消失了,提高了电源抗电磁干扰的性能。   应用前景   同步整流技术符合高效节能的要求,适应新一代芯片电压的要求,有着非常广阔的应用前景。但目前只有较少的公司掌握了该项技术,并且实现的成本也很高,而且还有很多应用领域未得到开拓。随着用于同步整流的MOSFET批量投入市场,专用驱动芯片的出现,以及控制技术的不断完善,同步整流将成为一种主流电源技术,逐步应用于广泛的工业生产领域。

    时间:2020-09-07 关键词: MOSFET 同步整流 通信电源

  • 通信电源在通信机房中的重要性

      通信电源在整体通信机房中占据重要作用。面对电信拆分、人员重组等新的发展形势,对电源维护管理工作提出了更新、更高地要求。   近十年的电信大发展及产品技术的更新,使得当前通信设备呈现网络规模大、智能化程度高、品牌系列繁杂、无人值守、集中监控化程度高的新特点,而电信的拆分、人员的重组、职业生涯的晋升,使得维护上的人力资源和技术力量的发展,明显滞后于通信设备的发展,维护人员对厂商的依赖性增强,设备故障带来的损失风险增大。通信电源作为通信设备的心脏,面对新的形势,也应对维护管理工作提更新的、更高的要求。笔者经过这几年的摸索,积极与兄弟单位和电源厂商交流,积累了一些经验,并就如何在新形势下更好地做好电源设备维护管理工作提出了一些探索性办法。   依据管理目标选择电源品牌   当前电源设备品牌繁杂,按照入网检验标准规定的性能指标,各家设备大同小异,而在结构、人性化设计、智能化监控、地域/特定环境解决方案,以及售后服务保障上,各家则千差万别。对这些品牌设备如选用不当,将会使维护资源分散、力量削弱,维护工作难以深入,售后服务难以获得厂家保障。   依据管理目标,遵循“保证运行可靠、状态监测受控、维护时间缩短、成本费用降低”的原则和优先顺序对品牌和设备进行考察筛选,优选品牌数量最好不超过3个,以利于技术人员提高技术水平,设备有了一定的规模,也容易争取到较好的售后服务条件;同时,同一品牌设备尽量安排在同一地区使用,以利于维护人员能单一、深入地进行维护。   预防性工作的调研和执行   预防性工作贯穿于设备的选择、安装与维护的全过程中。   设备选用前,应预先调查设备工作环境(包括地理条件、气候条件、市电环境、值守条件、支撑体系等)及被选设备对工作环境的适应性。实践证明,一些设备的功能和性能并不一定适用于所有条件,同一设备在不同的工作环境下,故障率会大相径庭。因此,选择设备前,一定要进行对自身环境的调查、对选用设备的分析及广泛听取其他各地市电信部门的具体使用情况的调查意见,对非适用功能,应予以去除或屏蔽;对重要指标,必要时可作相应的测试,甚至在实验网或非重要局站试用。   安装及验收工作也是预防工作的一个关键点,厂家经过检验合格的产品,经过多次转运、颠簸(尤其山区地区)后,到安装现场可能会发生内外部电气接触的松动和脱落;出厂参数设置也不一定与实际相符合,这些都会成为日后运行的故障隐患。在安装及验收工作中将这些因素进行排除、校正,将对设备日后可靠运行提供必要的保障。   在基础管理工作上,首先倡导主动维护、预防性维护,消除故障苗头。通过每年进行诸如“夏季供电高峰期前电源设备防掉电”、“夏季供电高峰期后加强电源设备维护保养和预检预修、提高设备完好率”等专项治理及劳动竞赛行动,以自查、互查、*比和交流形式,锻炼维护技术队伍、提高维护人员积极性、提升设备维护管理质量。同时充分利用各类监控手段,及早发现故障,然后集中技术力量,以最快的速度处理,以压缩故障历时。对于突发和排障时间长,会引起供电中断的故障,应制定应急处理预案,并定期加强演练。   建设分级支撑体系   目前电信系统维护资源相对设备运行总量而言,还略显薄弱,部分设备维护承包责任人还没有足够能力及时解决、排除各种故障。在此情形下,在地市范围内,或扩展到全省范围内,建立一个包含技术专家组、技术骨干队伍、日常维护人员在内,并将厂商技术人员纳入其中的分级技术支撑体系,通过逐级、实时申告的流程实施分级技术支持,对电源的维护保障工作将有十分的意义。   在支撑体系范围内,对典型故障的调研,对各类故障的分类统计(如质量类、外因类、疏忽类等),并进行数据档案存档,信息资源共享等措施,将对维护队伍的技术快速提升提供一个良好的平台。   供电系统的合理化配置   供电系统的合理化配置必须注意以下几点:   (1)在交流供电系统中,逐步推广自动倒换装置,并具备机械式手动切换功能,以备紧急时使用。大容量(2000kVA以上)交流供电系统中,提倡用两个子供电系统供电(变压器和油机)分别供电,子供电系统之间采用联络柜互为备用,油机尽量不使用并机运行。重要局点(如枢纽局、数据中心、IDC中心等)要争取引入两路不同变电站的高压线路,提高供电可靠性。由于大容量低压断路器一般不留备件,一旦损坏,判断故障原因和维修时间较长,应及时启动应急预案用临时电缆跨接临时供电(要排除短路因素才可),避免因时间不足,导致电池放光的事件发生。   (2)单套高频开关电源容量不宜过大。电源模块开机数量要依据环境和故障情况确定,具有整体破坏性因素(如市电过压)的局站,开机数量不宜多。电池充电电流限制在0.1C10。直流熔丝的额定电流应不大于最大负载电流的2倍,保证负载端短路时熔丝及时熔断,避免影响整个直流供电系统的输出电压大幅瞬降。   (3)大容量UPS是电源维护管理工作的难点,组网应优先选用“N+1”并机方式,设计、会审和安装时维护部门务必要全程介入,关注以下问题:UPS主路和旁路供电最好由两个空气开关分别供电;UPS输出零地电压过高会造成网络数据丢包率提高,因此要采取措施将UPS输出零地电压降低到1V以下;UPS电池尽量使用单体为2V阀控密封式蓄电池;对UPS设备,应重点关注输入功率因数和谐波含量等重要指标,特别要协调好与油机的配合,油机容量与UPS容量比应在2倍以上,确保油机和UPS都能正常工作。   (4)柴油发电机组作为备用电源,要保证良好的备用状态。电信系统选用油机额定容量一般取备用功率,使用时要注意带满载要控制在1h以内,长时间运行要按90%的备用功率使用。发动机功率与发电机配比至少要在1.1以上,发电机优先选用永磁、DVR型号,能有效避免负载的谐波干扰。同时要保证油机能充分发挥作用,设计要考虑油机和市电之间自动切换要有电气连锁,考虑油机房通风、排烟、避震和消噪等事项,还要定期做好维护保养和试机,经常检查启动电池和自动抽油系统等等。   (5)蓄电池是电信通信网上后备电源的核心。应根据维护规程的要求,制订出一套蓄电池容量测试和核对性容量试验的操作规程,定制采购了蓄电池容量测试设备,其中包括蓄电池容量测试仪、移动式假负载、移动式充电机、蓄电池单体活化仪,并配备到各区域维护站。今后福州本地网逐步对网上的蓄电池进行容量测试和核对性试验,希望消除由蓄电池带来的故障隐患。针对部分接入点电池经常小电流长时间放电容易导致出现落后电池的问题,宜采取调节整流器的自动均浮充的设定、调整整流模块开机数量和定期进行容量试验等方法,实践证明效果比较理想。   通信电源的管理工作应根据技术发展、管理发展和实践反馈中不断地探索、改进,终极目标是不断改进管理工作提高设备运行可靠性。  

    时间:2020-09-07 关键词: 通信电源

  • 通信开关电源整流器几种常用散热方式

      通信开关电源冷却技术的设计首先要是满足行业各项技术性能要求。为更加适应通信机房的特殊环境使用环境,要求其冷却方式对环境温度变化适应性强。目前整流器常用的冷却方式有自然冷却、纯风扇冷却、自然冷却和风扇冷却相结合三种。自然冷却具有无机械故障,可靠性高;无空气流动,灰尘少,有利于散热;无噪音等特点。纯风扇冷却具有设备重量轻,成本低。风扇和自然冷却相结合的技术具有有效减小设备体积和重量,风扇的使用寿命高,风扇故障自适应能力强等特点。   1、自然冷却   自然冷却方式是开关电源早期的传统冷却方式,这种方式主要是依靠大的金属散热器来进行直接的热传导式散热。换热量Q=KA△t(K换热系数,A换热面积,△t温度差)。当整流器输出功率增大时,其功率元件的温度会上升,△t温度差也增加,所以当整流器A换热面积足够时,其散热是没有时间滞后,功率元件的温差小,其热应力与热冲击小。但这种方式的主要缺点就是散热片体积和重量大。变压器的绕制为尽可能降低温升,防止温度的上升影响其工作性能,所以其材料选择的裕量较大,变压器的体积和重量也大。整流器的材料成本高,维护更换不方便。由于其对环境的洁净度要求不高,目前对于小容量通信电源,在些小型专业通信网还有部分应用,如电力、石油、广电、军队、水利、国安、公安等。   2、风扇冷却   随着风扇制造技术的发展,风扇的工作稳定性和使用寿命有较大的进步,其平均无故障时间是5万小时。   采用风扇散热后可以减去笨重的散热器,使得整流器的体积和重量大大改善,原材料成本也大大降低。随市场竞争的加剧,市场价格的下滑,这种技术已成为当前的主要潮流。   这种方式的主要缺点是风扇的平均无故障时间较整流器10万小时时间短,若风扇故障后对电源的故障率影响大。所以为保证风扇的使用寿命,风扇的转速是随设备内的温度变化而变化的。其散热量Q=Km△t(K换热系数,m换热空气质量,△t温度差)。m换热空气质量是和风扇的转速相关,当整流器输出功率增大时,其功率元件的温度会上升,而功率元件温度的变化到整流器能将这种变化检测到,再到增加风扇的转速以加强散热,在时间上是有很大滞后的。如果负载经常突变,或者市电输入波动大,就会造成功率元件出现快速的冷热变化,这种突变的半导体温度差产生的热应力与热冲击,会导致元件的不同材料部分产生应力裂纹。使之过早失效。   3、风扇和自然冷却相结合   由于环境温度的变化和负载的变化,电源工作时的耗散热能,采用风扇和自然冷却方式相结合可以更快的将热能散发出去。这种方式在增加风扇散热的同时,可以减少散热器面积,使得功率元件工作在相对稳定的温度场条件下,使用寿命不会因为外部条件变换受影响。这样不仅克服纯风扇冷却对的功率元件散热调节滞后的缺点,也了避免风扇使用寿命低影响整流器的整体可靠性。尤其在机房的环境温度很不稳定的情况下,采用风冷和自冷相结合的冷却技术具有更好的冷却性能。这种方式整流器的材料成本在纯风扇冷去和自然冷却两种方式之间,重量低,维护方便。   尤其在采用智能风冷和自冷技术时,可以让整流器在低负载工作条件下,模块温升小,模块风扇处于低速运转状态。   在高负载工作条件下,模块升温。模块升温超过55℃。风扇转速随温度变化线性增长。风扇故障在位检测,风扇故障后,风扇故障限流输出,同时故障报警。由于风扇运转数度与负载大小相关,使得风扇的使用寿命比纯风冷时要长,其可靠性也大大提高。   通信开关电源采用风扇和自然冷却相结合的冷却方式,既能在环境温度高的情况下,有效的降低整流器内部的工作温度,延长器件使用寿命,又能在环境温度低及负载低的情况下,整流器的风扇降低转速工作,延长风扇的使用寿命。采用散热器散热,其器件间距及爬电距离可相对较远,在高湿度的情况下,,安全性能高。整流器体积较小、重量较轻,使维护工作变得轻松。   为保证通信开关电源的整流器的可靠稳定工作,减少其工作温升是一项关键技术。采用智能风冷和自冷相结合技术。具有对环境适应性更强,使用寿命长,可靠稳定等技术优势。

    时间:2020-09-06 关键词: 开关电源 整流器 通信电源

  • 为通信电源设计太阳能光伏方案

    为通信电源设计太阳能光伏方案

      2009年12月,《联合国气候变化框架公约》第15次缔约方会议在丹麦哥本哈根召开,并发表了《哥本哈根协议》。按照该协议,工业化国家应在2010年1月31日之前向公约秘书处提交经济层面量化的2020年排放目标,发展中国家应提交在可持续发展的情况下计划实行的延缓气候变化举措。   节能减排是贯彻落实科学发展观、构建和谐社会的重大举措,是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择,是推进经济结构调整,转变增长方式的必由之路,是维护中华民族长远利益的必然要求。我国“十一五”规划纲要提出了“十一五”期间单位GDP能耗降低20%左右,主要污染物的排放总量减少10%。   通讯系统耗能逐年增加,信息产业已成全球第五大耗能产业,亟待大力推动节能减排。早在两年前,原信息产业部就宣称:单就通信行业来讲,我国通信行业年耗电超过200亿度以上,已经成为一个高耗能行业。重视通信系统节能减排,不但有利于运营商节约成本,更能实现增长方式转变,提高企业可持续发展能力,同时节能减排也是运营企业所应承担的社会责任。   自1954年恰宾和皮尔松在贝尔实验室第一次研制出实用的单晶硅太阳电池开始,经过半个多世纪的发展,晶体硅太阳能光伏组件已经成为成熟的商用化产品。太阳能光伏发电在通讯供电领域的应用也经过了多年探索。由于太阳能光伏发电有不受地域限制的特点,与风能发电等其他“绿色”能源相比,太阳能光伏发电占据了通讯系统节能减排最重要的地位。   中兴通讯在太阳能光伏供电应用方面积累了丰富的经验,在已执行的海外通讯项目中,累计在网运行的太阳能光伏发电总容量超过10兆峰瓦(1兆=106)。2009年6月,中兴通讯应邀提供了上海世博会场馆移动通信基站的太阳能光伏供电解决方案。本着节能减排最大化,充分利用太阳能资源的原则,特别推荐“最佳利用型”太阳能光伏供电解决方案。   世博会场馆移动基站对太阳能供电要求的特点如下。   ●需要考虑社会效益,最大化降低全年碳排放量。   ●上海地区各月太阳辐照量差别较大。   ●热点通信地区基站功耗较大。   ●组件安装方式需要根据现有建筑条件设计。   ●对通信供电可靠性要求特别高。   通信设备功耗如表1所示。      上海地区地理位置为纬度31°13‘’48“N,平均海拔7m,气象资料如表2所示。   根据“最佳利用型”太阳能光伏供电解决方案设计原则,按照全年能接收到的最大太阳辐射量设计光伏阵列安装倾角,最大化利用太阳能资源,减少碳排放量。光伏不足部分能量由市电提供,确保基站供电CAPAX(资本性支出)和OPAX(运营性支出)均最低。按照蓄电池备份供电时间3天设计蓄电池容量,延长蓄电池使用寿命和供电高可靠性。   由此计算得出太阳能方阵最佳倾斜角为30°(朝向正南)。更进一步可绘出不同倾斜角时的日均太阳辐射能如图1所示。      通过一系列的运算,太阳能光伏组件配置需要40块175Wp,蓄电池组配置3组800AH胶体电池(GEL)。然后进行太阳能光伏组件容量配置验证。   由图2可以看出,“最佳利用型”太阳能光伏供电方案中,太阳能光伏发电量只在太阳辐照量最多的月份恰好满足负载消耗,而其他月份的发电量均不足以维持负载供电。太阳能光伏发电量不够负载耗电量的部分,通过供电系统中太阳能充放电控制器的控制,自动由市电补充供给。市电补充供电量只占负载总耗电量的8%,说明此方案最大程度的利用了太阳能光伏发电能力。太阳能光伏发电全年累计为负载供电8488.3kWh。按照单位发电量需要平均碳排放量0.785kg/kWh计算,每年可以减少CO2排放量约6700kg,相当于减少燃烧约4800kg煤。

    时间:2020-09-06 关键词: 太阳能 通信电源

  • 通信电源产业链发展现状与趋势分析

      摘要:文章从宏观经济学产业链的角度分析了通信行业电源产业的发展现状、问题、发展趋势;提出要重视加强通信电源自主创新、国外高新技术的消化吸收再创新、技术规范的修订、促进通信电源向更可靠、节能、环保、高效方向发展。   希望文中有关内容可供相关决策部门参考借鉴,共同把我国的通信电源产业做大做强。   1 概 述   通信电源是通信系统必不可少的重要组成部分,其设计目标是安全、可靠、高效、稳定、不间断地向通信设备提供能源。通信电源必须具备智能监控、无人值守和电池自动管理等功能,从而满足网络时代的需求。   通信电源咨询设计是通信行业咨询设计单位业务单元中的常规业务之一,伴随通信网络的发展,设计师们见证了通信电源技术中设备和材料的发展演变。虽然通信电源一直被视为网络配套部分,但通信电源设备的投资占比、占机房空间比例、可靠性影响面都已经不能仅仅作为1个辅助专业来看待。目前行业的竞争往往趋于产业链之间的竞争,无论是用户、设备商、咨询设计商都在了解整个产业链的发展现状来制定相应的采购策略、市场策略和研发策略。本文所述通信电源是指为数据中心机房、基站、局楼提供低压配电、后备发电设备及交/直流电源的设备、IT设备内嵌式电源,这里需要区别的是PC机、移动终端等设备电源,后者主要是指设备内嵌式电源模块,不在本文讨论范围。   2 通信电源产业链组成分析   产业链是一个包含价值链、企业链、供需链和空间链四个维度的概念。产业链中大量存在着上下游关系和相互价值的交换,上游环节向下游环节输送产品或服务,下游环节向上游环节反馈信息。   通信电源产业链从价值链上下游角度来看主要分为:原材料、设备制造、代理、工程咨询设计、施工、监理、工程投资。   通信电源产业链从企业链、上下游角度来看主要分为:原材料提供商、设备制造商、机电设备代理商、电信工程咨询设计院、电信工程施工、电信工程监理、电信运营商。   从空间链的角度来看,国内通信电源产业集中在珠三角、长三角、北京地区;国外主要集中在中欧国家和美国,后者占了通信电源市场份额的60%.   3 产业链现状与问题   3.1 设备制造环节   (1)原始创新不足,国外产品垄断市场   近年来,随着技术的进步,特别是功率器件的更新换代,新型电磁材料的不断使用,功率变换技术的不断改进,控制方法的不断进步,以及相关学科的技术不断融合,通信电源在系统的可靠性、稳定性、电磁兼容性、消除网侧电流谐波、提高电能利用率、降低损耗、提高系统的动态性能等方面都取得了长足的进步。但是也应该看到,我国通信电源产业设备制造环节还存在很大的问题。   国家“十二五”重点扶持的7大战略性新型产业包括节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料和新能源汽车等战略性新兴产业,这些除了生物之外,都与通信设备有关系,如新材料行业“十二五”重点产品高比容钽粉,钽粉的比容越高,电容器的容量就越高,尺寸就越小;新一代信息技术如TDLTE等。三大通信运营商的能耗占了整个社会能耗水平的3%,而且随着大数据时代的到来有增大趋势,因此通信电源的发展方向是环保型电源设备。从小到6 A的微型断路器到塑壳断路器、框架断路器、高压真空断路器等,以及高低压柜体均被国外企业长期垄断着。国内电力电子器件企业发展缓慢,用户认可度低,发展缺乏后劲,一些被兼并或者沦为旧型号产品代工厂。国家的政策主要放在了高端、新技术方面,对基础需求方面的技术升级和改造缺少投入;实际上还是超前的布局,但是收效甚微。因为整个制造业体现的是产业链的木桶效应;国家重点布局大型装备行业,对民众广泛应用的产品产业缺少指导,是一种赶超、高科研投入但收效甚微,又不得不大规模进口先进产品的局面。   (2)通信电源行业需要正本清源   我国通信电源界有不少UPS、防雷接地方面的咨询设计专家,在着述立说为行业普及技术知识,对通信电源开发应用中的一些误区进行指导,比如高频UPS、240 V直流都是很好的技术;高压油机的使用也是必然趋势,也值得去投资推广;对于诸如“零地低压应小于1 V才能加电”,“输出功率因数越高越好”、“工频UPS优于高频机型UPS”等不分场景的误解和偏见应该正本清源。   3.2 咨询设计环节   在集中供电必须向分散供电过渡提高可靠性的行业共识下,通信电源设备由集中走向了分散,但也有一种提法是“交流走向集中、直流走向分散”,笔者认为不妥,除中压设备外,今后的交流、直流设备都是走向分散。高层通信建筑10 kV上楼已是很常见、电信运营商也规定“变压器、UPS单机额定容量应不超过400kVA;由多台UPS单机组成的UPS系统额定容量不宜超过800 kVA 。提倡采用几个中等容量UPS系统分散供电,避免大容量UPS系统集中供电”,由此可见交流、直流都是走向分散的。   3.3 电信运营商   从电信运营商方面来看通信电源存在以下发展瓶颈:   (1)铅酸电池污染严重   根据工信部统计数据,2011年底之前的基站数量已超过200万个,无论是宏基站还是微基站,平均每个基站的蓄电池容量已超过2组300 Ah,VRLA、GEL铅酸蓄电池组在25℃的温度条件下,最长使用寿命可达10~15年,环境温度每升高10℃,蓄电池寿命将缩减一半。但是通常情况下野外环境恶劣基站蓄电池的使用寿命在3~4年。2011年5月开始,由于一系列“血铅事件”等铅污染报道,全国2 000余家铅酸蓄电池企业80%被陆续勒令关停;铅酸蓄电池在生产、回收环节产生了大量的环境污染。   铅酸电池在回收时,铅酸电池会被分解为:塑胶、铅和硫酸。铅片会被再加工,以用于新的电池中,也是回收商主要的回收对象,对于硫酸,回收再利用成本高则直接倾倒掉,造成了地表水和土壤的铅、硫酸污染。   (2)电源设备占用面积大,空间浪费严重   通信机房平均数据:旧机房规划初期的电源设备面积为18%~20%,实际使用占机房面积的30%左右,很多通信机楼因此造成了机房机架安装空间的闲置。个别承重不符合15 kN要求的机房,机房占比甚至达到了40%~50%;主要原因一是通信设备功耗发展速度快,二是蓄电池后备时间长,机房空间面积浪费严重。即使配备了有人职守、自启动油机,蓄电池的后备时间仍然是1~4 h不等。   IDC机房平均数据:数据中心机房单机架功耗大,决定了其电源设备占地面积更大,所有中低压设备、电源设备、末端配电单元的总占地面积已经达到了机房总使用面积的50%以上,高低压设备与发电机组设备占电源面积60%、UPS等不间断电源系统及电池组、PDU列头柜占了电源面积的40%.   蓄电池后备时间长,机房面积浪费严重。即使配备了有人值守、自启动油机,开关电源系统蓄电池的后备时间仍然是1~4h不等;而UPS系统和-48 V系统后备时间不同,有待统一。   (3)新型电源设备推行缓慢:规范过于保守,节能型新型电源设备,没有取可靠性与经济性的最佳结合点,更多的是牺牲了成本。

    时间:2020-09-04 关键词: 电源 通信电源

  • 最新3-30W高性能通信电源,金升阳助力5G产业加速

    最新3-30W高性能通信电源,金升阳助力5G产业加速

    金升阳最新发布的3-30W开板式通信电源VCB_SO-3/6WR3、VCB_SBO-10/30WR3系列,使用自主研发的IC,从内部器件实现国产化,具有高性能、小体积、高功率密度的优势,助力5G行业发展。 此系列通信电源工作温度达-40 to +85℃,达到最高工作温度85℃时带70%负载,具有优良的温度降额曲线,隔离电压为1500VDC,空载电流低至3mA,输出效率高达90%。全系列产品所有器件均涂覆三防漆,保护线路板免受坏境的侵蚀,具有输入欠压保护、过流、短路等保护功能,可有效防止客户系统或设备工作异常造成不必要的损失。产品满足UL/CE 62368认证,其中30W系列产品满足DOSA标准。 产品应用 广泛应用于通信领域,如 FSU、交换机、电池在线监测、智能通信网关、GPS 时钟同步及 4G/5G 基站相关直流供电等设备。 产品特点 ● 工作温度范围: -40 to +85℃ ● 输出效率高达90% ● 空载电流低至3mA ● EMI性能满足CISPR32/EN55032 ClassB ● 满足 UL 62368 认证

    时间:2020-03-11 关键词: 5G 开板式 通信电源

  • Power-One通信电源监控系统通信协议破解[图]

    Power-One通信电源监控系统通信协议破解[图]

    通信电源通常被称为通信系统的心脏,其工作不正常,将造成通信系统故障,甚至导致整个系统瘫痪。因此,为保证整个通信系统的畅通,节约人力成本和能源损耗,通信电源监控系统应运而生。通信电源监控系统对分布的通信电源设备和空调机房进行遥测、遥信和遥控,能实时监视和显示其运行参数,并自动监测和处理系统内各种设备的故障。鉴于国外发达国家通信电源监控系统的研发工作较早且产品成熟,我国相关研究工作通常是先借鉴国外的经验,然后研发具有自主知识产权的系统。其中,最关键的问题就是通信协议的破解。一般的破解思路是通过不断试探,截获通信信息,分析其规律性,进而推测得到通信协议,然后按此协议发送指令进行验证。这种方法具有一定的盲目性,工作量较大,而且具有一定的局限性。文中在破解美国Power-One通信电源监控系统时,以数据链路层通信协议的一般格式为指导,结合监控系统生成的各种文件,通过合理的逻辑推理和分析,破解通信规约和通信命令,并利用破解的通信命令直接对电源系统实施监控,实际验证其正确性。这种方法,准确性高、通用性强,而且节省时间和精力。1 通信协议解析1.1 解析思路通信协议(Communication Protoco1)是两个实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。协议定义了数据单元使用的格式,信息单元应该包含的信息与含义,连接方式,信息发送和接收的时序,从而确保网络中数据顺利地传送到确定的地方。以下对Power-One通信电源监控系统所采用的通信协议进行破解。PowCom是一个基于Windows的通信软件,用于实现对Power-One的AC/DC电源变换系统的监控。破解时,运行上位机软件PowCom,并利用串口监听工具,截获Power-One通信电源监控系统上位机(PC)与下位机(即电源控制模块PCU)之间的通信信息,即捕获下行(PC→PCU)和上行(PCU→PC)数据帧。对于截获的上下行数据帧,首先根据高级数据链路控制规程HDLC帧结构如图1所示,推理出对通信协议的格式和各种功能命令;然后根据菜单界面和监控系统生成的各种文件,如配置文件(.pcg)、参数文件(.prm)、测试文件(.tst)和告警历史文件等,推理出各种功能命令中数据字段的格式。1.2 协议破解基于上述思路,就可以进行具体的解析。首先,将Power-One通信电源监控系统上位机(PC)通过串口Com1与PCU相连,运行上位机软件PowCom,选择通信(Communication)菜单下的菜单项端口设置(Port Setup),选择COM1口,波特率9 600 bit·s-1,如图2所示,然后选择该菜单下的菜单项Direct直接通信(Communicat ion)实现与PCU连接如图3所示。注意,通信采用10 bit异步方式:起始位1 bit,数据位8 bit,停止位1bil,无校验,波特率9 600 bit·s-1,必须与PCU设置相同。依次选择PowCom各个菜单下的各种监控功能,包括通信(Communication),如图3所示;监控(Supervision),如图4所示;使用工具(Uti lities),如图5所示,菜单下的各种监控功能。参照图1的一般格式,分析用SUDT SerialTrace Monitor截获的上下行数据帧,推断通信协议的格式如下:每个数据帧的第一个Byte均为FFH,由此推断为标志字段。最后一个Byte可能是校验和字段,经过计算,它是帧中其他字段的校验和。第2个Byte很显然是帧长字段。第3和第4个Byte在上下行数据帧中数值总是颠倒,初步推断为发送地址字段和接收地址字段,选择对不同整流模块进行监控操作,证明了上述推断,其中,上位机的地址始终为00H,下行接收地址为整流模块的地址。第5个Byte在下行数据帧时为01H,而在上行数据帧时为00H,推断为应答字段,即00H表示无须应答;01H表示必须应答。第6个Byte始终为01H,可能是结构控制字段。第7个Byte对每个监控功能而言都是惟一的,而在每对上下行数据帧中相同,故此推断为功能码或命令字字段。最后,第7个Byte与最后一个Byte之间的部分显然为数据字段,其长度为(帧长-8)。综合以上的分析推理结果,得到Power-One通信电源上下位机间通信协议的格式,如表1所示。其中,标志字段表示每一帧的开始,取值恒为FFH。帧长字段为帧中所有字段的字节数,取值范围为08H~FFH。发送地址和接收地址字段分别表示数据发送和接收者的地址,上位机监控系统地址始终为00H,整流模块的地址为01H~FFH。应答字段表示接受者是否需要对接收的数据进行回复:00H表示无须回复;01H表示必须回复。结构控制字段恒为01H。功能码字段为请求或响应数据帧的功能编码,取值范围为00H~FFH。数据字段为请求或应答数据,数据格式取决于具体的监控功能。校验和字段对帧中其他字段按字节计算的校验和,用于检测数据帧在传输中是否出现差错。在推断通信协议的同时,根据菜单功能与上下行数据帧的对应关系,可以解析出Power-One通信电源上下位机间的各种通信命令,如表2所示。1.3 数据字段解析在解析出表2中所列出的功能命令以后,下一步的工作就是解析出每一种命令数据字段的格式。这本来是一个耗时且繁琐的过程。但是,只要掌握文中的基本分析方法,特别是有效地利用监控系统生成的各种文件,最终能够获得令人满意的结果。1.3.1 设置日期/时间、日期/时间设置完成通过上位机PowCom菜单命令将日期和时间设置为2011年3月15日15时13分时,如图6所示,截获如下的设置日期/时间下行数据帧  将数据字段与预设定的日期和时间比对后,推断数据字段的格式如表3所示.其中,YY为年份(0~99);MM为月份(1~12);DD为日(1~31);hh为小时(0~23);mm为分钟(0~59),所有数据Byte以16进制表示。注意应答字段为01H,表示PCU必须回复。此时,截获到PCU回复如下的日期/时间设置完成数据帧,表示日期/时间设置成功。注意应答字段为00H,表示PC无须回复。FF 08 00 01 00 01 07 101.3.2 设置/更改密码、密码设置完成通过上位机PowCom菜单命令将密码设置或更改为8888时,如图7所示,截获如下的设置/更改密码下行数据帧  显然,数据字段为密码数字的ASCII码,因为十进制0~9对应的ASCII码30H~39H。注意应答字段为01H,表示PCU必须回复。此时,截获到PCU回复如下的密码设置完成上行数据帧,表示密码设置成功。注意应答字段为00H,表示PC无须回复。FF 08 00 01 00 01 08 111.3.3 验证密码、密码确认当通过上位机PowCom菜单命令输入错误密码5678时,截获如下的验证密码下行数据帧注意应答字段为01H,表示PCU必须回复。此时截获到PCU回复如下的密码确认上行数据帧根据PowCom此时的显示界面如图8所示,推断数据字段00H表示密码错误。同样,应答字段为00H,表示PC无须回复。当通过上位机PowCom菜单命令输入正确的密码8888时,截获如下验证密码下行数据帧  注意应答字段为01H,表示PCU必须回复。此时截获到PCU回复如下的密码确认(password confirmation)上行数据帧数据字段01H表示密码正确。同样,应答字段为00H,表示PC无须回复。1.3.4 其他对于其它数据帧的解析,只说明大致的解析方法和过程:在相关菜单运行相应的菜单项监控功能,将截获的数据帧与菜单项的参数、配置数据等进行比对,推断数据字段的格式。另外,在解析很多数据帧的数据字段时,参考了系统生成的相关文件。这样,既节省了大量的时间,又提高了推理的准确性。(1)借助于配置文件(.pcg),解析了与配置相关的数据帧,如表2中序号33~36和39~44。(2)借助于参数文件(.prm),解析了与参数相关的数据帧,如表2中序号1~6。(3)借助于测试文件(.tst),解析了与测试相关的数据帧,如表2中序号7~12。(4)借助于告警历史文件,解析了与告警相关的数据帧,如表2中序号25~28。2 实际验证首先利用串口调试工具替代PowCom上位机软件,直接与下位机PCU通信;然后将以上解析得到的下行(PC→PCU)数据帧逐一经串口调试工具发出,检查PCU是否正确响应,返回正确的上行(PCU→PC)数据帧,并正确无误地完成监控工作。图9~图13分别是设置日期/时间、设置密码、请求系统信息、请求历史告警数据和请求系统信息的测试截图。测试截图显示,利用破解的通信命令可以直接与PCU通信,并正确地完成监控工作。以图9为例加以说明。PC通过串口测试工具向PCU发送设置日期/时间下行数据帧通过串口测试工具截获的PCU回复如下的日期/时间设置完成(date/time set)数据帧FF 08 00 01 00 01 07 10表明设置日期/时间(set date/time)下行数据帧格式正确,PCU能正确识别,并成功设置日期/时间。3 结束语基于数链层通信协议一般格式的破解方法,对于各种数链层通信协议的破解具有通用性。但是,文中的破解结果具有一定的局限性,原因是Power-One通信协议的格式和通信命令并不是开放的和通用的。尽管如此,对于通信电源的监控管理人员以及通信电源监控系统的设计人员仍具有一定的理论指导意义。破解是手段而不是目的,下一步的工作是在此基础上设计适合中国国情,而且适应通信电源发展的监控系统和通信协议。通信电源地理上的分散化,必然要求监控的分布式,而分布式电源监控系统必然要求通信协议的规范化和统一化。因此,研究工作的重点是我国通信电源分布式监控软件的设计和实现。

    时间:2019-03-27 关键词: 监控系统 电源技术解析 power-one 通信电源

  • 通信电源如何维护

      若电源系统不能输出规定电流,电压超出允许波动范围,杂音电压高于允许值时间并持续10s以上者均判定为系统故障。原交流系统中的电压、频率或波形畸变超出规定范围持续时间大于60s者均判定为故障。为此,要保证通信电源系统的可靠性,有条件的通信部门应尽量从两个不同的地方引入2路市电输入,并设置2路市电电能自动倒换装置;所用设备要选用可靠性高的高频开关整流设备,采用模块化、热插拔式结构以便于更换,并合理配置备份设备。任何新技术、新设备未经充分验证、试运行前均不得进入供电系统。供电方式要大力推广分散供电,使用同一种直流电压的通信设备采用两个以上的独立供电系统,这也是今后通信网络容量和规模不断扩大、各种新业引入的新要求。为了尽量缩短设备的平均故障修复时间,要经常分析运行参数,预测故障发生的时间并及时排除。还要提高技术维护水平,采用集中维护、远程遥信、遥测维护。  实施集中监控管理是网络技术发展的必然趋势,是现代通信网的要求,也是企业减员增效的有效措施。各种电源设备要智能化、标准化,符合开放式通信协议。在实施过程中,三遥点的设置要合理,绝不是越多越好,要以可靠性、实用性为基本原则,宜简勿繁。在这一方面我站通过电源系统的遥信、遥测、远程集中维护等功能,在电源系统发生障碍时,由系统向维护人员自动发出寻呼信息,已经实现了电源无人值守。

    时间:2019-03-27 关键词: 电源技术解析 维护 通信电源

  • 通信电源电磁兼容性分析与测试

    1 引言为保证通信设备稳定可靠工作,电源在现代通信系统中的作用愈来愈重要。为此,国内外通信电源研发和制造者作出了积极努力,各种通信电源不断涌现,且趋向智能化,小型化、低功耗、高效率、长寿命,以满足通信和信息产业发展的需要。近年来,国内开始对通信电源的电磁兼容性提出一定要求,而欧美等工业发达国家已于90年代初期开始强制对电子产品及电气设备进行电磁兼容性能检测和改进,以减少电磁环境污染,保证电子设备正常可靠运转,保护人类良好生态环境。我国于80年代中期开始建立军用电磁兼容的测试手段,制定了相应标准。随着民用电子工业、信息产业的迅猛发展,为适应国际市场要求,90年代我国民用电磁兼容检测机构应运而生。到目前已基本建立了能适应国内外需求,满足不同行业技术标准要求的检测手段,为提高我国电子产品电磁兼容性能奠定了良好基础。通信电源作为通信电子产品的重要分支,其电磁兼容性能已引起国内外同行广泛关注,我国也制定了相应的技术标准。通信电源广泛用于通信网络,为保证通信设备、广播电视等系统可靠运行,提高通信电源的电磁兼容性能势在必行。2 通信电源电磁兼容标准及限值我国通信电源执行的电磁兼容标准基本参照了IEC61000系列、EN55022、EN50091-2:1996等国际和欧洲标准。我国对通信电源电磁兼容执行的标准有:GB9254-1998“信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法”YD/T983-1998“通信电源设备电磁兼容性限值及测量方法”GB/T14745-93“信息技术设备不间断电源通用技术条件”说明:国内外标准对高频开关电源、电磁兼容性的抗扰度及传导和辐射骚扰均给出了明确的技术要求和限制。对UPS不间断电源,目前我国的国标仅对小型UPS提出传导和辐射骚扰电压限值,抗扰度等级和判定准则尚未明确规定。近年来进口的国外大、中型UPS不间断电源在国外电磁兼容检测机构测试时执行的是EN50091-2:1995欧洲标准,在我国新的国标未制定之前,参照国际或欧洲标准进行检测是可行的,对大型(额定输出电流大于400A)UPS辐射骚扰场强技术要求和限值,欧洲EN标准正在做进一步的研讨修定,如提出采用30m距离法给定测量结果等,传导骚扰的限值也正在考虑中。测试中,UPS的工作状态应满足下列条件:(1)额定输入电压;(2)普通操作模式;(3)额定输出功率的线性负载。静电放电抗扰度测试依据标准:最低要求:3级判定准则:B类射频电磁场抗扰度测试依据标准:最低要求:2级判定准则:A类电快速瞬变脉冲群抗扰度测试依据标准:最低要求:2级判定准则:A类这项测试应该在所有电源线和长度超过3m的电池连接线上进行;对于I/O信号和控制信号电缆的测试电平要被2除。测试应使用耦合钳,最小持续时间为1分钟。浪涌(冲击)抗扰度测试正在考虑中(依据标准为IEC 801-5)低频信号抗扰度测试工作中的UPS应耐受电源线上的低频信号传导骚扰,依据的标准是IEC1000-2-2,其详细描述在标准的附录D中。3通信电源电磁兼容问题分析开关电源或UPS电源常出现电压输入端传导骚扰电压过大,达不到标准限值要求。其原因通常是电源输入端未加EMI滤波器,或滤波器性能不良,滤波频段选择不适当以及电路布线不合理,分布参数产生影响等导致传导骚扰电夺过大。若合理选择品质优良的滤波器,陷波器以及精心布线,会显着抑制电源输入端的骚扰电压。但应特别注意所选元器件的指标,尤其电感和电容器的过流、耐夺、绝缘性能,以避免降低电源输出功率、绝缘耐夺性能。开关电源辐射骚扰场强超过限值,通常是整流模内部高频开关部件,如高频变压器、控制器、晶振等屏蔽不良引起空间辐射。此外,机箱设计不合理,缝隙大、接触导电不良,散热孔与电磁波辐射波长相比过宽过大都会降低电源屏蔽性能。现代通信电源均采用微机控制,实现电源自动管理和遥控、遥信、遥测等功能。但微机控制器引起的辐射骚扰不容忽视,应加以取舍或采取相应措施。对于UPS电源输出电压端通常也应加装滤波器和铁氧体磁环,以抑制输出电压端的射频干扰。新产品研发时应特别注重电磁兼容指标,请电磁兼容专家和对策工程师设计有关电路和结构,并与电源工程师共同提出总体设计,避免后期整改所带来的经济损失。后期对产品电磁兼容性的整改成本会大大高于先期设计的投入。

    时间:2019-03-26 关键词: 电磁兼容性 电源技术解析 通信电源

  • 通信电源能效管理的几个办法

    数据中心作为信息技术应用的根本支撑,随着业务需求的变化而不断变革。特别是随着云计算的发展,数据中心的规模不断扩大,国家节能减排的要求越发严苛,数据中心提高运行效率、降低运营成本和节省能耗的需求日益明显,设备负载对于电源的压力越来越大。  突破电气销售总监颜辉在接受笔者的采访时表示,“目前,通信机房的电源系统在可靠性、灵活性、节能性、可维护性等方面都面临着前所未有的挑战,提高数据中心电源能效、应对行业的高速发展成为迫切要求。”  传统机房供电系统难堪重负  云计算的发展对传统的数据中心的机房供电系统提出了巨大的挑战。云计算创新性的技术和应用,为运营商带来了向综合信息服务提供商转型的机遇,已成为通信行业的重点发展战略之一。作为保障数据中心不间断持续运行的重要IT基础设施,传统供电系统压力倍增。  “云计算的兴起大大提高了设备运算密度,进而导致用电密度的迅速扩大。”颜辉介绍说,“供电系统、冷却系统、机房空间的需求相应增加,但对机房扩建、或者大规模改建的可行性非常小。这就是云计算给数据中心能源管理带来的重大挑战之一。”  让电源管理智能化  4G时代已经开启,数据流量的进一步增长对电信运营商通信机房建设的要求更不断提高,构建安全、绿色、智能的数据中心将是运营商持续关注的焦点。伴随着机房一体化的理念,电源作为通信机房所有设施可靠运作的最根本保障,电源的智能化管理和远程监控将成为机房科技创新的关键所在。  建设新一代绿色数据中心的过程中,提高数据中心电能利用率,加强动力系统的安全性管理,这些需求都为电源智能管理和远程监控技术奠定了创新的基础。  机房电源的智能化监控与管理可以充分保证电源系统的可靠性与可用性,便于设备的集中管理,降低管理成本,提高效率。特别是对于拥有多个分支机构,并且已经建成局域网环境的用户来说,实现对整个电源系统的集中监控将大大提高机房的科学维护水平。  此外颜辉对笔者介绍,目前,核心机房大多装机密集,各类电源设备分布较散,很难实现集中管理,同时很多基站机房部署位置偏远,人工管理不便,而且一些机房的环境对人体健康有一定的影响,这些问题广泛存在。随着技术的成熟和需求的增加,机房电源的智能化与远程控制将逐步成为电源管理共同的诉求点。  正是基于这些优势、问题与用户需求的结合,突破电气自主创新研发了智能PDU和远程PDU配电系统,实现了对整个用电系统的全面性、专业性、人性化的智能管理。  智能PDU中增加了控制芯片,能够进行电源智能管理。通过对用电设备进行包括电流、电压、温湿度等数值的读取和分析,可以对用电设备的关断电、重启进行远程操作。既可提升机房的安全性,又可实现用电的科学管理,从而实现综合节能。  远程PDU配电系统在智能PDU的基础上还表现出三大优势:在对负载进行动态监测的基础上,提供对负载的控制管理功能;系统更友好,实现更人性化的操作,易上手,降低对维护人员的要求;最主要的是能够兼容主流动环检测系统;设备并联功能也得到扩展,目前已实现16个PDU的并联。  基于这些优势,配电管理技术的智能化能够直接从电源管理的末端降低能耗,并且能实现对设备的安全防护,大大提高电源能效。  把握高压直流大趋势  通信机房广泛使用UPS保障不间断供电已有很久,但同时各运营商与厂商对于高压直流电源的研究与探讨也经历了很长时间的磨炼。如今,高压直流电源已经走出实验室,逐渐进入了大规模应用的阶段。特别是在高压直流电源技术入选国家重点节能技术推广目录后,高压直流电源设备获得了国家的节能政策支持,更加广泛地被电信、金融、IT等各个领域所认可。  高压直流电源目前已被公认具备节能效果良好、供电保障稳定性强、可维护性高、模块化设计使供电方式更灵活等优势,且对于运营商来说长期考虑投资回报比较高。  在高压直流电源的选择方面,中国联通和中国电信采用了240V标准,而中国移动采用的是336V标准。各大运营商在数据机房与基站的建设中,特别是在云数据中心的建设中,对高压直流电源给予了充分的重视。  突破电气在高压直流末端配电市场中已占得先机。凭借其成熟的产品解决方案与服务,在中国电信及其合建高压直流IDC中,突破电气获得七成以上的占有率。同时,2013年9月,广东移动对应用于云数据中心的336V高压直流电源系统进行招标,作为中标企业之一,突破电气的336V直流供电系统将参与到中国移动的首例规模试点项目。  此外,记者了解到,中国电信在2013年的电源产品采购中,已大幅度缩减UPS采购量,全面转向高压直流电源,未来在新建IDC中,计划全部采用高压直流电源系统来保障供电。  由此可见,推广高效、绿色节能的高压直流系统以进一步取代传统UPS已成为大势所趋。  电源市场发展机遇正好  在日前的“中国移动全球合作伙伴大会”上,中国移动董事长奚国华明确表示,中国移动将加快推进网络部署,计划在2014年底前部署50万个4G基站。中国联通也明确了3G向4G的演进路径,期望将联通“3G+4G”网络建设为覆盖最好的移动宽带网络。相信在未来各大运营商对于电源设备的集采需求与能效要求会不断提高,高压直流电源也将迎来前所未有的发展机遇。  “4G为电源产业带来的机遇与挑战并存,还需要产业链上下游共同推动发展。”颜辉表示,“面对行业的高速发展,突破电气一方面在2014年将投资2亿人民币兴建一个占地面积8万平方米的新厂房,同时加大技术研发投入,将大大提高产能;另一方面,市场策略由产品端向方案端、服务端转型,更加靠近客户与合作伙伴,致力于为客户提供更加专业、及时、完善的服务。”

    时间:2019-03-21 关键词: 电源技术解析 能效管理 通信电源

  • 关于通信电源状况与展望

      电源技术的精髓是电能变换,即利用电能变化技术将市电或电池等一次电源变换成适用于各种用电对象的二次电源。其中,开关电源在电源技术中占有重要地位,从10kHz发展到高稳定度、大容量、小体积、开关频率达到兆赫兹级,开关电源的发展为高频变化提供了硬件基础,促进了现代电源技术的繁荣和发展。  一、通信电源的发展现状  (一)供电系统的现状  通信电源是通信系统必不可少的重要组成部分,其设计目标是安全、可靠、高效、稳定、不间断地向通信设备提供能源。通信电源必须具备智能监控、无人值守和电池自动管理等功能,从而满足网络时代的需求。通信电源系统由交流配电、整流柜、直流配电和监控模块组成。  (二)通信电源设备的更新换代  近年来,随着技术的进步,特别是功率器的更新换代,新型电磁材料的不断使用,功率变换技术的不断改进,控制方法的不断进步,以及相关学科的技术不断融合,通信电源在系统的可靠性、稳定性,电磁兼容性,消除网侧电流谐波、提高电能利用率、降低损耗、提高系统的动态性能等等方面都取得长足的进步。  (三)现行通信电源的电路模型和控制技术  目前通信电源的变换电路拓扑结构主要采用双单端电路,半桥电路和全桥电路,各有优缺点。一般认为,在中、小功率场合,采用双单端电路或半桥电路是适宜的;在大功率场合则采用全桥变换电路。  二、通信电源发展趋势  (一)开关器件的发展趋势  电源技术的精髓是电能变换,即利用电能变化技术将市电或电池等一次电源变换成适用于各种用电对象的二次电源。其中,开关电源在电源技术中占有重要地位,从10kHz发展到高稳定度、大容量、小体积、开关频率达到兆赫兹级,开关电源的发展为高频变化提供了硬件基础,促进了现代电源技术的繁荣和发展。  (二)通信直流电源产品的技术发展市场需求发展  在需求与技术的共同推动下,通信直流电源产品体现了如下的发展态势:  体系架构相当长的一段时间内维持稳定。通信直流电源在相当长的时间内还是维持现有的交流配电、整流器模块(并联)、直流配电、监控单元、蓄电池等为主要组成部分的架构;功率变换模式也将维持现有的高频开关模式,暂时不会出现类似从线性电源到开关电源的阶跃性的变化。  功率密度不断提高。通信一次电源的核心部件整流器的功率密度不断提高,推动了通信直流电源整机的功率密度不断提高,但配电器件、蓄电池等密度基本维持稳定,一定程度制约了整机系统的功率密度的提高比率。  更高的可靠性。高可靠性是通信电源的最基本要求。随着器件技术、通信电源技术的成熟,以及各通信直流电源设备厂家在可靠性研究上大力投入,通信直流电源产品可靠性呈不断提高的趋势。  按照TRIZ理论(“创造性解决问题的理论”的俄语缩略语)描述的技术系统发展进化规律,一般而言,技术的生命周期包含四个阶段:婴儿期、成长期、成熟期和衰退期,种种迹象表明,通信直流电源的核心技术,开关电源技术基本上开始步入成熟期:效率的提升变得缓慢和困难、而电源损耗不能大幅度降低限制了功率密度的进一步提高,未来几年甚至十几年内,通信直流电源产品将进入一个缓慢发展的阶段,直至有一天,一种新的电源变换技术出现,通信直流电源产品就会再出现一个阶跃性的发展,就像开关稳压技术替代线性稳压技术,给电源带来了革命性的变化。  (三)通信用蓄电池技术研究的新进展  通信用蓄电池作为通信系统后备的能源供应手段,其研制、生产和应用技术一直备受世界各国通信行业的重视。随着科技的发展和技术的不断进步,国外正在研制和试验新一代的通信用蓄电池,有的已经进入商用化阶段。这些新的蓄电池,由于其材料、结构和技术上的先进性,在性能上具有传统的VRLA电池无可比拟的优越性。  1.钒电池(VanadiumRedoxBattery)。钒电池(VRB)是一种电解值可以流动的电池,目前正在逐步进入商用化阶段。  2.燃料电池。燃料电池是一种化学电池,也是一种新型的发电装置,它所需的化学原料由外部供给,如氢氧燃料电池,只要外部供给氢和氧,经过内部电极、催化剂和碱性电解液的作用,就能产生0.9V电压的直流电能,同时产生大量的热能.  3.电源监控系统的发展。随着互联网技术应用日益普及和信息处理技术的不断发展,通信系统从以前的单机或小局域系统逐渐发展至大局域网系统或广域网系统,大量人力、物力被投入到网络设备的管理和维护工作上。不过通信设施所处环境越来越复杂,人烟稀少、交通不便都会增大维护的难度,这对电源设备的监控管理提出了新的需求,保护通信互联网终端的电源设备必须具备数据处理和网络通信能力。此时,数字化技术就表现出了传统模拟技术无法实现的优势,数字化技术的发展逐步表现出传统模拟技术无法实现的优势.  4.通信电源的环保要求。环保问题,一方面的指标是通信电源的电流谐波要符合要求,降低电源的输入谐波,不但可以改善电源对电网的负载特性,减少给电网带来严重污染的情况,还可减少对其他网络设备的谐波干扰。另一个重要方面,是材料的可循环利用和环境的无污染,这方面需要产品满足WEEE/ROHS指令。  在通信电源开发、生产早期,人们主要集中研究电源的输出特性,较少考虑到电源的输入特性。例如:传统的在线式电源输入AC/DC部分通常采用桥式整流滤波电路,其输入电流呈脉冲状,导通角约为π/3,波峰因数大于纯电阻负载的1.4倍。这些谐波电流大的电源给电网带来了严重的污染,使电网波形失真,实际负荷能力降低,对于三相四线制的电网来说,还很有可能因中性线电流过大而出现不安全隐患。

    时间:2019-03-07 关键词: 电源技术解析 通信电源

  • Vishay推出用于通信电源的170V TMBS 整流器

      日前,宣布,推出9款采用功率、和TO-3PW封装的170V器件,丰富和扩大了TMBS® MOS势垒肖特基系列。这些器件定位于应用,电流等级从10A至80A,在30A下的典型正向压降为0.65V。  新器件采用一种双中心抽头的配置形式,包括10A V10170C和VB10170C,40A V40170C、VB40170C和V40170PW,60A V60170G、VB60170G和V60170PW,以及80A V80170PW。  所有9款器件的最高结温为175℃。另外,封装的器件的潮湿敏感度等级为1,采用和TO-3PW封装的器件的最高焊浴温度为275℃,符合JEDEC JS709A的无卤素规定。  新款170V TMBS现可提供样品,并已实现量产,大宗订货的供货周期为八周。

    时间:2018-12-11 关键词: Vishay 整流器 tmbs 总线与接口 通信电源

  • 一种通信电源监控系统组网方案的设计

    一种通信电源监控系统组网方案的设计

    1 引言 《通信电源和空调集中监控系统技术要求》中规定监控系统在结构上是一个多级的分布式计算机监控网络[2],一般可分为三级,即监控中心(SC—Supervision Center)、监控站(SS—Supervision Station)和监控单元(SU—Supervision Unit)。对于通信电源监控系统来说,没有必要设置监控中心,因此可以简化为两级集散式结构,由上位机和下位机组成[1-2]。 2 通信电源监控系统组网方案探讨 通信电源监控系统的组网目前主要可以考虑采用以下几种方案: 第一种是目前仍然广泛使用的主从式总线网络,这种网络结构以上位机为中心,通过RS485或RS422接口将各种具有通信功能的下位机连接起来,采用查询方式来实现遥测、遥信和遥控功能,下位机与智能设备之间则可以采用点对点的串行通信(RS232)。这种结构的优点是可以十分方便的实现小规模监控系统,缺点是组网受到通信距离的限制。 第二种是现场总线网络,它放弃了传统的主从式网络结构,实现了真正意义上的全分布式结构,使得每一个下位机都可以当作网络中一个对等的节点。同时它还提供了到上一层网络的接口,可以方便的接入SCADA系统,实现远程通信及远程下载功能。其缺点是在与计算机互联时,还需要专门的网关,而且标准众多,难以普及。 第三种是以太网网络,随着计算机技术的发展,目前在有些通信电源监控系统中应用了以太网技术。这里的以太网是指由下位机和上位机直接通过以太网互连而生成的对等网络,在这种结构中,不仅下位机之间是对等的,而且计算机作为 “上位机”的概念也变得非常模糊。与前两种方案相比较而言,它具有较高的速度,但其缺点是造价不菲,难以适用于通信电源监控系统。 通过上述分析可以看出,传统的主从式网络最适合于通信电源监控系统的组网,但由于受到距离限制,因此必须加以改进。本系统利用现有的PSTN网解决了这一问题,即下位机与上位机之间的通信通过PSTN网实现,下位机与智能设备之间的通信则通过RS485构成主从式网络实现。 3 通信模块硬件电路设计 下位机作为直接面向设备的从机需要与上位机进行远程通信,同时下位机还要作为主机与各种智能设备通信。因此在本系统中同时采用了RS232和RS485 两种通信方式,其中下位机与上位机之间的通信通过RS232接入PSTN网实现,完成获取参数、传输数据以及远程报警等功能;下位机与各种智能设备之间的通信则通过RS485组网实现,获取数据及其工作状态[4]。 在本系统中,通信模块采用了单独的微处理器DS80C320,它在普通单片机基础上为P1口也定义了第二功能,从而拥有四个全双工串行通信口、六个外部中断、三个定时/计数器,而且在指令上与8051完全兼容,对于监控系统的通信单元来说十分适用。 3.1 下位机与上位机之间的通信 下位机与上位机之间的通信采用了PSTN网作为媒介,可以通过以下三种方案实现:第一种方案是采用专用Modem芯片,将Modem的功能直接在下位机中实现;第二种方案是扩展一个类似PCI或ISA的插槽,通过内置Modem连至PSTN网;第三种是扩展一个标准的全双工RS232通信接口,通过外置 Modem连至PSTN网。以上三种方案中,第一种方案具有成本低、便于集成化设计的优点,但缺点是软硬件的设计较为复杂,系统可靠性不高;第二种方案与内置Modem和扩展槽的硬件设计密切相关,不利于维护和升级;第三种方案具有通用性好、可靠性高、维护方便的优点,因此在本系统中采用第三种方案来实现下位机与上位机之间的通信。其具体实现电路如图1所示: 图1 DS80C320与Modem硬件接口图图1中,8251是通用同步/异步收发器,它具有独立的接收器和发送器,通过编程可以以单工、半双工或全双工的方式进行通信。同时它还提供了多个控制信号,可以方便的实现与Modem之间的互联。由DS80C320的ALE、、组合产生2MHz脉冲作为8251的时钟信号,同时这一脉冲经过CD4024组成的分频器进行64分频后作为8251的接收、发送时钟。8251的片选信号 与地址译码器74LS138的 相连,控制/数据端接地址线A0,因此,8251的控制字寄存器和状态字寄存器的地址为BFFFH,数据缓冲地址为BFFEH。RXD和TXD完成数据的接收和发送,其他控制信号完成单片机与Modem之间的状态控制和检测:振铃指示信号RI经电平转换以后接至DS80C320的外部中断;载波检测信号CD经电平转换以后接至DS80C320的P1.1。当上位机拨号呼叫下位机时,振铃指示信号RI产生振铃,作为外部中断源产生中断,通信处理器复位P1.1输出有效DTR信号,摘机进入应答通信状态。 3.2 下位机与智能设备之间的通信 下位机与智能设备之间采用RS485主从式通信。RS485采用平衡发送和差分接收的方式来实现通信,具有很强的抗共模干扰能力,传输距离在10Kbps传输速率下可达1.2公里。其具体实现方案如图2所示。 图2 RS485通信的整体实现方案在采用这种通信方案时应注意以下几点: (1) 在总线末端应接一个匹配电阻,吸收总线上的反射信号,消除信号传输中的毛刺,保证信号纯度; (2)当总线上无信号传输时,处于悬浮状态,易受到干扰。因此应在差分信号的正、反端之间,正端与电源之间,反端与地之间各串接一个10K电阻,这样一来,当总线上无信号传输时,正端电平约为3.3V,负端电平约为1.7V,此时即使有干扰信号,也很难产生串行通信的起始信号“0”; (3)由于RS485是一种半双工的通信方式,发送和接收共用一条通道,本系统采用MAX485对其进行扩展,接收、转换功能由和DE控制,因此必须采用处理器的一根口线控制其工作方式。由于单片机复位时,各端口均为高电平,因此在连接时必须注意将该口线与DE相连,其反向信号与相连,以保证系统复位时,主从机都处于接收状态。 4 通信模块软件设计 4.1 上位机与下位机通信流程 上位机与下位机之间的通信包括上位机主动呼叫、下位机响应呼叫和下位机报警呼叫、上位机响应呼叫两种情况,其软件流程分别如图3、图4所示(只给出了下位机部分的程序流程)。 4.2 下位机与智能设备通信流程 由于RS485是半双工的通信方式,发送和接收均由同一器件和同一通道完成,因此控制信号高低电平的转换十分关键。本系统将单片机的发送中断标志TI和接收中断标志RI作为切换的参考,但此时必须注意应保证控制端 、DE的信号有效脉宽大于发送或接收一帧信号的长度。其具体的软件流程如图5所示。 图5 本地通信程序框图5 实验结果 以交、直流电压为例给出该监控系统测试结果(测试用标准表为ESCORT3155A;测试环境温度均为180C)。直流电压信号测试结果如表1所示;交流电压测试结果(以A相交流输入为例)如表2所示。 从以上实验结果可以看出,系统具有较高的测量精度,完全可以满足《通信电源和空调集中监控系统技术要求》中的规定。 6 结束语 文章首先对通信电源监控系统目前存在的几种主要组网方案进行了分析,得出了传统的主从式网络优于其它组网方案而更适合于通信电源监控系统组网的结论,并针对传统的主从式网络受距离限制的缺点提出了一种改进方案。实践证明该改进方案对于目前已相当普遍的通信电源监控系统十分适用,基于该组网方案的通信电源监控系统具有采集精度高、成本低廉、便于升级等优点。 参考文献: [1] YDN023—1996.通信电源和空调集中监控系统技术要求及通信协议[S]. [2] 刘希禹.通信电源与空调及环境集中监控系统[M].北京:人民邮电出版社,1999. [3] 马明建,数据采集与处理技术[M]. 西安:西安交通大学出版社,2000. [4] 曹保根,主从式RS485应用系统的设计与调式[J],电子技术2000,NO.2.

    时间:2018-12-07 关键词: 微处理器 监控系统 电源技术解析 通信电源

  • 通信电源监控系统中蓄电池监控模块的设计

    通信电源监控系统中蓄电池监控模块的设计

    1 引言 在本地用通信电源监控系统中,蓄电池监控模块是一个相对独立的单元,拥有自己的处理器单元和数据采集单元。因此,它既能作为本地用通信电源监控系统的一部分使用,同时加以简单扩展就可以成为单独使用的蓄电池在线检测仪。本文详细介绍了一套具有两级集散式系统结构的本地用通信电源集中监控系统中蓄电池监控模块的设计。 2 蓄电池监控单元的整体实现方案 蓄电池监控一直是国内外研究的热点和难点问题,在本系统中,蓄电池监控单元主要完成以下几方面的功能:剩余容量的在线检测、均/浮充方式转换、单体端电压测试及落后电池检出、电池体温度测试等等 。其总体实现如图1所示。 图1 蓄电池监控单元的整体硬件结构处理器模块是蓄电池监控单元的核心,在这里我们采用了ATMEL公司最新的RISC高性能单片机AT90S8515及大容量8KB的FLASH ROM,不但保证了对大量数据进行高速分析处理,而且实现了对数据的保存查询。 在数据采集模块中,由于蓄电池监控单元中需要处理的数据对精度均有特殊的要求,(比如对蓄电池内阻的测量通常为mΩ级,且必须有足够的位数),同时由于蓄电池内阻、电压均为缓慢变化的低时变信号,因此我们采用了16位的Σ-Δ型A/D转换器AD7715,它具有自动校零、量程自动校准的功能,从而可以保证很高的测量精度,而且具有SPI接口,可以方便的与单片机接口。 蓄电池监控单元中设有RS485的通信接口,与前端机主处理器之间以通信的形势交换数据。因此在本系统中蓄电池监控模块实际是作为一个智能设备与主监控模块联系的。下面分别对内阻检测模块、单体电压测试模块、单体温度测试模块进行详细的介绍。由于电流测试模块与主处理单元的直流数据采集与处理类似,在此不再赘述。 3 蓄电池剩余容量的在线检测 蓄电池的剩余容量是用户最为关心的一个问题,它与整个供电系统的可靠性密切相关,蓄电池剩余电量越高,则系统可靠性越高,否则反之。因此如何能够在既不消耗蓄电池能量又不影响用电设备的正常工作的情况下,实时的在线监测蓄电池的剩余电量,将有重要的实际意义。 蓄电池是个复杂的电化学系统,它在不同负载条件下运行时,蓄电池实际可供释放的电量也不同。随着蓄电池使用时间的增加,其实际可释放的电量也将下降。过去,常依据蓄电池的端电压来判断蓄电池的好坏和其剩余电量的多少,但该方法有很大的局限性。随着电池老化,其端电压变化不明显。因此,利用端电压的变化来推算其剩余电量有一定困难,误差较大。 3.1 几种常用的剩余电量预测方法 目前预测蓄电池剩余电量的方案最有代表性的有如下几种 : (1)密度法:蓄电池剩余电量和其内部电解液密度密切相关,电解液密度由硫酸铅、氧化铅和铅三者决定。通过测量电解液的密度值,即可间接推算其剩余电量。但在电池使用后期,随着正负极板的腐蚀、断筋,上述三种物质的比例跟电池制造时的配制比例发生较大差异,从而导致用密度值推算剩余电量不再准确。同时由于目前的通信电源系统中大多采用的是阀控式铅酸蓄电池,这一方法难以应用。 (2)开路电压法:上面已提到,蓄电池的荷电程度跟蓄电池电解液密度密切相关,而 N.RST方程描述了电解液与电池电动势的关系。因此,通过测量蓄电池的开路电压,就可以推算出蓄电池的剩余电量。其缺点在于随着电池老化、剩余电量下降时,开路电压变化不明显,因此也就无法准确预测剩余电量。另外开路电压是电池无载时的稳态电压,因此只能在电池静置时方可测量,不适合实时在线测量。 (3)定时放电法:通过对蓄电池施加一负载,计算单位时间内的电池端电压变化率,根据变化率的大小推算剩余电量,变化量小意味着剩余电量大,否则反之。为了实现在线测量,缩短测量时间,需要对蓄电池大电流放电,而大电流放电对蓄电池将会产生严重损伤,严重影响电池的使用寿命。 (4)内阻法:研究表明,电池的内阻与荷电程度之间有较高的相关性,美国GNB公司曾对容量由200~1000安.时,电池组电压由18~360V的近五百个VRLA电池进行了测试,实验结果表明,内阻与电池容量的相关性非常好,相关系数可以达到88%。因此,通过测量电池内阻可较准确地预测其剩余电量。蓄电池完全充电(充满)和完全放电(放完)时,其内阻相差2~4倍左右。随着电池充电过程的进行,内阻逐步减小;随着放电过程的进行,内阻逐步增大。另外,随着电池老化,其内阻也逐渐增大,其剩余电量也随之下降。蓄电池内阻与剩余电量的关系曲线如图2所示。 图2 蓄电池内阻与剩余电量的关系曲线由于蓄电池完全充电和完全放电时内阻变化率比电池端电压变化率(端电压变化率约为30%~40%)要大得多,故用测量蓄电池内阻来预测其剩余电量,要比开路电压法精确得多。内阻法的优点在于对在线使用的蓄电池来说,此方法对系统影响最小,并可在电池的整个使用期内精确测量。 通过以上几种测量方法的介绍及比较,不难看出内阻法最适合于密封蓄电池剩余电量的在线测量,因此,本系统采用了内阻法测量剩余容量。 3.2 内阻法预测剩余电量的实施方案 内阻法预测剩余电量的具体实施方法是:首先将蓄电池充满电(以2V蓄电池为例,充电至2.35V,浮冲电流至10mA),然后以0.1C的放电率对电池放电,记录下放电过程中内阻与电量的大小。当蓄电池放电完毕后(2V蓄电池放电至1.75V)即可获得完整的放电曲线,即剩余电量与蓄电池内阻之间的关系。将此曲线存入EPROM中,在以后测试同型号同规格的电池时,单片机根据在线测到的电池内阻值,通过查表计算,得出其剩余电量值。因此,此种方法的关键在于如何在线测得蓄电池的内阻,其测量原理如下:在蓄电池两端施加一恒定的交流音频电流源Is,然后检测电池端电压Vo以及Is和Vo两者之间的夹角 θ。显然三者之间的关系为 ,以及 ,R即为我们所要获取的电池内阻值。其具体实现方案如图3所示: 图3 内阻法预测剩余电量的实现其中300Hz信号发生电路由14位二进制串行计数/分频器CD4060以及低通滤波电路组成,具体电路如图4所示。恒流功放部分采用功率可达4W的音频功率放大器,具体的使用可参见文献[3]。 图4 300Hz信号发生电路4 蓄电池单体电压的测量 《通信电源与空调集中监控系统的技术要求》中规定蓄电池检测装置必须测量每只蓄电池的单体电压。由于蓄电池串联起来为通信设备供电,每只蓄电池对地的电位都不相同,其最高的共模电压可达60V,对于一般的多路模拟开关、A/D转换器来说,难以承受。因此,要对其进行测试,首先必须对浮地信号做共地处理或采取隔离措施。传统的比较成熟的测试方法是用继电器和大的电解电容做隔离处理,基本原理如图5 所示。 图5 传统的单体电压测试方法其基本的测试原理是:首先将继电器闭合到A区,对电解电容充电;等到需要测该蓄电池的电压时,把继电器闭合到B区,将电解电容和蓄电池隔离开来,由于电解电容保持有该蓄电池的电压信号,因此,测试部分只需测电解电容上的电压,即可得到相应的蓄电池电压。这种方法无需采用线性光隔离等比较昂贵的器件,具有原理简单、造价低的优点。但是由于继电器存在着机械动作慢,使用寿命低等缺陷,实践证明,根据这一原理实现的检测装置在速度、使用寿命、工作的可靠性方面都难以令人满意。 4.1 硬件直接相减的方法的实现 硬件直接相减法的思想来源于数学上减法的概念。试想,如果用高差模增益的运放将蓄电池上的高电位按比例压缩,即:首先将n号蓄电池的高端电位按照Rn1/Rn2的比例压缩至模拟电子开关可以承受的程度,测量得到压缩后的电压值,然后由软件将压缩系数乘回去,即可得到n号蓄电池的高端电位,同理可得到第n号蓄电池的低端电位,然后通过软件将两者相减,即可得到第n号蓄电池的单体电压。从理论上分析这种方法是可行的,但在实际中却难以实现。比如,40V的电位,通过测试精度为0.1%的测试系统,其绝对误差为±40mv,而38V的电位,通过同样测试精度的系统,其绝对误差为±38mv,两者之间的绝对误差累积为±78mv,显然,其相对误差可达到8%,这远远难以达到通信电源监控系统中的要求。因此,这种减法器的方法在工程上是不可能实现的,但其思想却十分具有参考价值:如果能够解决误差的连续累积问题,就有可能得到满意精度的测量结果。为此我们用两片高差模增益放大器设计了一种硬件直接相减的电路,其原理电路如图6所示。 图6 采用硬件直接相减法测量单体电压的电路图6中,ICL7650是差模增益高达105/mV的运算放大器,从而能够保证运算放大器的同相输入端和反相输入端的电位相等,都等于地电位。Rnp为保证运算放大器工作的平衡电阻。Vna为n号蓄电池的高端电位,Vnb为n号蓄电池的低端电位。 其基本原理如下:运算放大器A构成了一个反向放大器,即: (1) 运算放大器B构成一个加法器,即: (2) 由式(2)可以看出,只要合理的选择Rn1、Rn2、Rn3、Rn4和Rn5的阻值,使其满足条件: ,即 (3) 则式(2)可以化为: (4) 从而实现了硬件的直接相减,避免了误差的累积。 4.2 元件参数的选择 通信用蓄电池通常由24节单体电压为2V的蓄电池组构成。其最高的共模电压可达60V左右,要将其移到2V左右的对地电压,并保证运算放大器的工作安全性。因此 的值选择在25~35之间比较合适,考虑到电阻的热稳定性等其他因素,在这里我们选择Rn2、Rn3的电阻值为1.5kΩ,Rn1、Rn4和Rn5选择为50kΩ,同时由于在这个数量级的电阻难以保证较高的精度,因此应加入5kΩ的电位计加以调整。 5 蓄电池单体温度的测量 蓄电池体的温度是VRLA蓄电池的重要标志参数,对于蓄电池的剩余容量、工作寿命都有着重要的影响。蓄电池体温度的测量我们采用了Dallas公司的数字式温度传感器DS1620,它具有测温范围宽、读数稳定、与单片机接口方便等优点,其测温分辨率可达到0.50C,如果经过软件调整,还可以达到更高的精度0.10C,对于蓄电池单体电池温度的测量来说,十分适用。DS1620的结构及其测温原理可参考文献[6],在此不再作具体的详述。下文仅对软件实现0.10C精度的方法加以说明。 5.1 测温原理的进一步分析 要获得较高的测温方案,除了需要知道由DS1620直接读取的温度值以外,还必须知道该温度下计数器的值和该温度下每增加10C的计数值,后者可以从非线性累加器读入。非线性累加器电路用以补偿温度振荡器的非线性作用,它有助于获得较高的测温精度。 用单片机控制DS1620,将经过修正的温度直接读取值转换为十进制数(以0.50C为单位),记为temp_read。同时,读取计数门关闭后保存在计数器中的值,记为count_remain.然后读取非线性累加器中的值,作为该温度下每摄氏度的计数值,记为count_per_c。以上几个参数确定以后,可以用下式计算得到精度为0.10C的实际温度T,即: (5) 5.2 软件方法实现0.10C的测温分辨率 根据以上的分析,通过软件编程,即可用单片机控制DS1620实现0.10C的测温分辨率,其软件流程图如图7所示。 图7 实现0.10C的测温分辨率程序流程其具体的实现过程如下: (1) 发送“写配置”指令初始化DS1620,将其设置为单次温度转换方式以及处理器控制状态,指令为0CH、03H; (2) 发“开始转化”指令(EEH); (3) 发“读配置”指令,读取状态寄存器数据。重复该指令直到DONE位为“1”,这意味着温度转换已经完成; (4) 发“读取温度”指令,从温度寄存器读取数据并转换为整数temp_read; (5) 发“读计数器”指令,从计数器读取9比特值,即count_remain; (6) 将非线性累加器中的值读入计数器,此时外部单元与DS1620无数据交换; (7) 重发“读计数器”指令,读取此时计数器的值,即count_per_c; (8) 由公式(5-10)计算得到精确的温度值。 6 实验结果 在以下实验结果中,各种电量的测试采用的标准源及检定装置为ST-9020电能表现场检测仪(0.01)级;测试用蓄电池为南都公司的GFM200,并将其在额定负载情况下以0.1C的放电率恒流放电所得到的容量作为标准容量;测试环境温度均为240C。蓄电池剩余容量测试结果如表1所示;蓄电池单体电压测试结果如表2所示。 表1 蓄电池剩余容量测试结果表2 蓄电池单体电压测试结果从以上的测试结果可以看出系统具有较高的测量精度,完全可以满足《通信电源和空调集中监控系统技术要求》中的规定。从而证明了本文所提出的本地用通信电源集中监控系统中蓄电池监控模块设计方案的可行性,具有工程实用价值。 参考文献 [1] 郑伟,通信用蓄电池监测系统的实现方法[J],南京邮电学院学报,1997,3. [2] 高明裕,蓄电池剩余容量在线测试[J],电测与仪表,2000,9. [3] 李广第,单片机基础[M],北京航空航天大学出版社,1996. [4] YDN023—1996,通信电源和空调集中监控系统技术要求及通信协议[S]. [5] 刘希禹,通信电源与空调及环境集中监控系统[M],北京人民邮电出版社,1999. [6] 陈汝全,电子技术常用器件应用手册[J],北京机械工业出版社,2001.

    时间:2018-12-07 关键词: 电源技术解析 集中监控 vrla蓄电池 通信电源

  • 通信电源监控系统模拟量采集模块的设计

    通信电源监控系统模拟量采集模块的设计

    1 引言 通信电源通常被称为通信系统的心脏,其工作不正常,将会造成通信系统故障,甚至导致整个系统瘫痪。美国APC公司的一项调查结果表明,大约有75%以上的通信系统故障都是由于电源设备故障或者是电源设备不符和技术条件而引起的。同时随着通信电源向小型化、模块化发展、供电方式由集中供电向分散供电转变,以往的人工监控模式难以适应,从而使得可靠性更加难以保障。为此,我们研制了一套本地用通信电源监控系统,该系统采用模块化、通用化设计,从而具有较高商业价值和研究意义。 按照模块化的要求,系统共分为微处理器及外设模块、模拟量采集模块、开关量采集模块、控制量输出模块、人机接口模块、声光报警模块、通信模块以及辅助电源模块。在本地用通信电源监控系统中,模拟量采集模块设计得好坏将直接影响上位机乃至整个监控系统的性能。本文详细介绍了这套具有两级集散式系统结构的本地用通信电源集中监控系统中模拟量采集模块的设计。 2 模拟量采集模块的设计 模拟量采集模块的设计主要包括信号预调理电路设计、量程在线转换电路设计以及模数转换主电路的设计。 2.1信号预调理电路 信号预调理电路的作用在于将不同范围的电压、电流信号转换为模拟开关和模数转换器所要求范围的电压信号。针对不同的信号必须采用相应的预调理电路,图1(a)~(d)分别给出了交流电压、电流与直流电压、电流信号的预调理电路。 其中交流电压、电流信号调理部分均采用了电流型的互感器,被测的电压信号通过PT和CT后转变为毫安级的小电流信号,由取样电阻和滤波电路转换成相应的电压后送入A/D转换器。直流电压的调理电路采用了带负反馈的光隔放大电路,主要由两个普通光耦、两个运放以及外围阻容元件实现。两个光耦中,一个用作输出,另一个用作反馈以补偿发光二极管时间、温度特性的非线性。直流电流的调理采用了霍尔传感器,同时为了调整方便,将霍尔传感器的输出经过电阻分压以后,通过两级反向放大后送入A/D转换器。 2.2量程在线转换电路 在通信电源监控系统中,由于所要处理的信号十分复杂,电平高低相差很大。因此,如何实现测量量程的在线转换,一直是人们所关注的问题。通常的转换方法是采用程控增益放大器,或者是多路输入的形式,这必然以增加电路的复杂性和降低可靠性作为代价。本系统中采用了数字电位计X9241来实现测量量程的在线转换。XICOR公司的X9241内部集成了四个非易失性 E2POT。其中每一个E2POT包含有63个电阻单元,一个滑动端计数寄存器(WCR)和四个可以由用户读出和写入的8位数据寄存器。滑动端计数寄存器的内容用来控制滑动端在电阻阵列中的位置,并且可以和数据寄存器之间进行双向的数据传输。其具体的通信规约和时序可参见参考文献[1]。 由于本系统所采用的主处理器MC68332没有I2C接口部件,与X9241的互联很不方便。但是通过时序分析发现,可以通过通用I/O总线和一个定时器来模拟I2C总线的功能,即采用处理器的两根口线分别作为SDA和SCL总线,通过内部定时器产生所需要的时钟。具体电路连接电路如图2所示。 图2 测量量程在线转换电路从理论上讲,利用数字电位计可以实现任意量程的转换。但由于模数转换器精度的限制以及通信电源监控系统高实时性的要求,选取过多的转换点反而会收到事倍功半的效果。通过试验发现,只需要1:1,1:2,1:5,1:10,1:20,和1:50六种量程就可以保证输入信号在模数转换器的2/3量程附近,因此,在这里巧妙的利用了滑动端计数寄存器和数据寄存器之间的双向数据传输功能,实现上述六种量程在线转换。具体的实现方法是:在两个E2POT的R0中存储值为01H,由于上电复位时滑动端计数寄存器会自动装入R0中的值,因此初始化时,放大器为一跟随器,当需要测量微弱电流时,根据初次采集得到的值,与事先设定的参考值进行比较,选择合适的量程进行放大后重新采集。从第六章的实验结果可以看出,在采用这一技术之后,数据采集的精度有了较大的提高。但同时在试验中也发现,这一电路有时会在输出端产生振荡,造成输出波形失真,解决方法是在放大器输入和反馈端串联两个电阻,增加其到输入端的衰减通道。 2.3模数转换主电路 在模数转换部分,根据系统采样精度和速度的要求,我们采用了AD公司的高速模数转换ADS774。它是一种采用CMOS技术的低功耗、高采样速度的12 位模数转换器,从模拟量输入到转换结束的时间为8.5us,采样频率可达117kHz,而且具有内部的采样和保持电路,其自身就是一个完备的数据采集系统。ADS774的具体工作时序和工作原理可参见文献[1],在此不再赘述。模数转换的主电路如图3所示。 图3 模数转换的主电路系统采用了硬件直接控制模数转换器转换频率的策略,其目的是为了确保同步采样的精确实现,同时为实时多任务操作系统的实现提供时间基准。其实现过程如下:首先由1.8432MHz的钟振提供精确的方波信号,该方波信号经过CD4040计数器后输出两路分频信号,一路为Q12输出,另一路为Q11输出。然后将这两路信号相与后的输出接至CD4040的复位端,从而在CD4040的Q12引脚即可得到一个3072分频的矩形波(占空比为1/2),将其作为模数转换器的控制频率,同时送入单片机的外部中断。最后输出的 信号频率为1.8432×106÷3072=600Hz,即周期为1.667ms,对于工频信号来说,等效于每个周期采样12个点。 模数转换电路的工作过程如下:由采样频率控制电路产生的600Hz矩形波信号被送至模数转换器的脚,由它来精确控制A/D转换器的工作频率。主处理器通过检测ADS774的STATUS的电平来判断模数转换是否结束,当STATUS输出低电平时,表明正在进行转换,当STATUS输出高电平时,表明转换过程已经结束,可以读取数据。 3 实验结果及结论 以直流电压和直流电流信号测试结果为例,给出测试结果如表1、2所示。 从实验结果可以看出,这套采用了本文所提出的模拟量采集模块设计方案的通信电源监控系统完全可以满足《通信电源和空调集中监控系统技术要求》中的规定。本产品已研制成功并投入使用,实践证明,本系统具有采集精度高、成本低廉、便于升级的优点,对于目前已相当普遍的本地用通信电源系统十分适用。 参考文献: [1] 陈汝全.电子技术常用器件应用手册[J].北京:机械工业出版社,2001. [2] YDN023—1996.通信电源和空调集中监控系统技术要求及通信协议[S]. [3] 刘希禹.通信电源与空调及环境集中监控系统[M].北京:人民邮电出版社,1999.

    时间:2018-12-06 关键词: 监控系统 电源技术解析 模拟量 通信电源

  • 同步整流技术在通信电源模块中的应用

    同步整流技术概述 现今电力电子技术在电源模块中发展的趋势是低电压、大电流。使得在次级整流电路中选用同步整流技术成为一种高效、低损耗的方法。由于功率MOSFET的导通电阻很低,能提高电源效率,所以在采用隔离Buck电路的DC/DC变换器中已开始形成产品。同步整流技术原理示意图见图1。 同步整流技术是通过控制功率MOSFET的驱动电路,来利用功率MOSFET实现整流功能的技术。一般驱动频率固定,可达200kHz以上,门极驱动可以采用交叉耦合(Cross-coupled)或外加驱动信号配合死区时间控制实现。 同步整流技术的应用 同步整流技术出现较早,但早期的技术很难转换为产品,这是由于当时 1)驱动技术不成熟,可靠性不高,现在技术已逐步成熟,出现了专用同步整流驱动芯片,如IR1176等; 2)专用配套的低导通电阻功率MOSFET还未投放市场; 3)还未采用MOSFET并联肖特基二极管以降低寄生二极管的导通损耗; 4)在产品设计中没有解决分布电感对MOSFET开关损耗的影响。 经过这几年的发展,同步整流技术已经成熟,由于开发成本的原因,目前只在技术含量较高的通信电源模块中得到应用。如Synqor,Tyco,EriCSSon等公司都推出了采用同步整流技术的产品。 现在的电源模块仍主要应用在通信系统中,随着通信技术的发展,通信芯片所需的电压逐步降低,5V和3.3V早已成为主流,正向2.5V、1.5V甚至更低的方向发展。通信设备的集成度不断提高,分布式电源系统中单机功率不断增加,输出电流从早期的10-20A到现在的30-60A,并有不断增大的趋势,同时要求体积要不断减小。这就为同步整流技术提供了广泛的应用需求。 同步整流技术与传统技术的对比 在传统的次级整流电路中,肖特基二极管是低电压、大电流应用的首选。其导通压降大于0.4V,但当通信电源模块的输出电压随着通信技术发展而逐步降低时,采用肖特基二极管的电源模块效率损失惊人,在输出电压为5V时,效率可达85%左右,在输出电压为3.3V时,效率降为80%,1.5V输出时只有65%,应用已不现实。 在低输出电压应用中,同步整流技术有明显优势。功率MOSFET导通电流能力强,可以达到60A以上。采用同步整流技术后,次级整流的电压降等于MOSFET的导通压降,由MOSFET的导通电阻决定,而且控制技术的进步也降低了MOSFET的开关损耗。在过去三年中,用于同步整流的MOSFET工艺取得了突破性的进展,导通电阻下降到了原来的1/5。现在,采用经过特殊工艺处理的MOSFET,能达到非常低的导通电阻,如IR公司的产品IRHSNA57064,当通导电流为45A时,其导通电阻仅为5.6mΩ,并且都已批量生产。 同步整流技术提高了次级整流效率,使生产低电压、大电流、小体积的通信电源模块成为现实。如Synqor公司的Tera系列为标准半砖模块(2.3英寸x2.4英寸),采用同步整流技术,其输出电压最低可到1.5V,输出电流最大可到60A,功率密度达到每立方英寸60W。采用同步整流技术和肖特基二极管的电源模块效率对比如表1所示。同步整流技术应用实例与技术优势 同步整流技术提高了电源效率,但其意义远不只如此,它给通信电源模块带来了许多新的进步。下面结合Synqor公司的电源模块为例进行介绍。 Synqor公司采用同步整流技术生产的通信电源模块由于降低了功耗,达到了很高的效率(91%)。 由于功耗的降低,在结构上实现了突破性的进步,取消了散热器,采用了无基板结构。 在传统的通信电源模块中,基板是标准配置,是提供散热途径的重要部件,用来安装散热器。同时将功率器件集中于基板上,与控制电路板分开,减小发热元件对控制芯片的影响。 Synqor公司的电源模块取消了基板和散热器,在相同通风条件下,一样能达到所需功率,这正是采用同步整流技术的成果。有许多显著优点: 1.由于基板结构复杂,控制电路板、散热器及磁芯元件的安装和焊接都需要人工,增加了故障可能性,降低了生产率。基板结构要求功率元件与基板间必须保持良好绝缘,这正是传统通信电源容易产生故障的地方之一。 2.采用同步整流技术后,可以使用无基板开放式结构。这样,更方便采用平面变压器等新技术,使用多层电路板上的铜箔布线作为线圈,磁芯直接嵌在多层电路板中,磁芯散热良好,多层电路板上的铜箔耦合紧密,最主要的是可以由先进加工设备自动生产,实现了电源模块全部自动化生产,极大的提高了生产率和可靠性。平面变压器与传统变压器相比,还能够实现高功率密度,真正达到小型化。 3.此外,基板结构中要填充绝缘导热材料,增加了重量。带有基板和散热器的传统电源模块由于体积和重量大,抗震能力差,在通信设备的机架中阻碍空气流通,降低了风扇效能。而采用同步整流技术的Synqor电源模块是开放式结构,高度仅10mm(0.4英寸),节约了机架空间,利于通风,方便通信控制板上其它通信芯片的散热;更高的功率密度使电源模块节约了在通信控制板上所占的空间;较低的功耗减少了分布式系统前端主电源的负担,节约了系统投资。 4.采用同步整流技术后,增强了抗电磁干扰(EMI)的能力。由于减少了基板,所以,原先存在于基板和接地间以及基板和元件间的寄生电容没有了,这些寄生电容带来的较大共模干扰也消失了,提高了电源抗电磁干扰的性能,如附图2所示。 应用前景 同步整流技术符合高效节能的要求,适应新一代芯片电压的要求,有着非常广阔的应用前景。但目前只有较少的公司掌握了该项技术,并且实现的成本也很高,而且还有很多应用领域未得到开拓。随着用于同步整流的MOSFET批量投入市场,专用驱动芯片的出现,以及控制技术的不断完善,同步整流将成为一种主流电源技术,逐步应用于广泛的工业生产领域。

    时间:2018-12-06 关键词: 电源技术解析 同步整 通信电源

  • 通信电源设计技术发展历程

    1999年是我国建国50周年,50年来我国各族人民在中国共产党的领导下取得了社会主义革命和社会主义建设的伟大成就。我国通信电源专业也不例外,它从起步到成长和发展,从低水平向国际先进水平接近,在通信建设中发挥了重要作用。本文以原邮电部设计院建院以来的历程为主,结合全国实际,回顾通信电源半个世纪的发展历程。 一、起步阶段 建院伊始,各级领导就十分重视通信电源专业的发展,培养和造就了一批专门的技术人员。建院后院领导充分发挥这批人员的作用,安排他们在各专业处担负着供电系统的研究、电源设备的研制、工程设计任务,并编制了不少通信电源工程的标准化、定型化设计资料和专用电源的技术资料,从而使院通信电源新产品研究设计及安装设计成为一项重点的专业技术,在全国负有盛名。在80年代~90年代院通信电源专业技术水平又有了较大提高,达到国内领先水平,赢得了部局领导的认可和好评。 作为数十年来一直从事通信电源专业的技术人员和其他同志一起亲身经历了电源专业的科学实验和工程建设实践,完成了上级交给的各项任务,回顾往昔,心情激动。建国初期,我国通信电源专业一无设计资料可供参考,二无国产定型设备可以使用。因此当时对业务技术学习非常重视,规定每周半天业务学习制度,并利用每年总结机会,进行专业技术交流和业务总结,积累了一批原始设计资料,拟定了有关设计规定,为后来编写市话和长途通信电源设计资料汇编、通信电源设计规范和工程设计手册奠定了基础。为了解决电源设备国产化,建院初期,电源技术人员发扬自力更生、奋发图强精神,与工厂相结合开发了以国产大功率电动发电机组为主的成套电源设备。在引进原民主德国FGD系列和前苏联BCC-51系列自动化硒整流器后,借鉴国外先进技术,在邓听聪同志的主持下,以仿苏BCC-51整流器为基础,与工厂共同研制成功国产XZL系列自动化硒整流器。该整流器首先安装在京汉广60路对称电缆载波工程全线有人站中,并于1964年投产使用。 自动化硒整流器研制成功标志着我国通信电源国产设备跃进到一个新的水平,开始用硒整流器装备通信局(站)并替换原有电动发电机组。武汉通信电源厂在生产硒整流器的基础上努力改革创新,使产品不断升级提高,研制了自动化硅和可控硅整流器。由于设计科研、生产、使用维护三结合,到80年代我国工程中采用了一套性能已趋于完善,系列齐全,扩容方便的整流配电设备。此外,原邮电部设计院和淄博、重庆蓄电池厂开发的各种容量防酸式蓄电池逐步替换了开口式蓄电池。防酸式蓄电池和可控硅整流器为主的整流配电设备成为新一代的产品。 二、直流供电方式的变革和新一代电源设备的应用 我国直流供电,从50年代起就采用全浮充供电制度,属于窄电压范围的供电,蓄电池的充电则需要离线用高电压恒流充电。自80年代初引进数字程控交换机后,可以采用宽电压供电,故蓄电池充电方式改变为低电压恒压充电。经院专门小组的研究和试验,提出一套低电压恒压充电的办法,在全国得到推广,同时对防酸蓄电池的初充电也提出相应措施。克服了过去充电时污染环境和多耗电能等的缺点。 实现了低电压恒压充电后,允许蓄电池组与通信设备负载的在线充电,对供电系统实现操作自动化和简化维护工作均带来很大方便。 90年代初我国开始采用新一代的高频开关整流器和阀控式密封铅酸蓄电池,并开始研究和试验通信电源的监控系统,组成第二代新的直流供电系统和电源设备。在备用交流电源方面,采用自动化水平较高的柴油发电机组或无人值守自动化柴油发电机组,使电源技术和设备提高到一个新的水平。由于电源集中监控技术的应用,使我国微波和光缆长途干线电路上实现一批无人值守站,在其他局(站)内也开始实现少人值守或无人值守机房,这对减少维护人员,提高劳动效率和降低运行费用起着重要作用。 90年代是我国通信电源进入更新换代的时期,在高频开关整流器生产方面,经过近十年努力,我国民族工业取得了可喜成果。武汉洲际通信电源集团公司、华为、中兴等一批高频开关电源生产企业,已能规模生产各种系列产品,为通信电源发展作出了贡献。 随着光通信的发展,我国建设了西兰乌、兰西拉等长途光缆干线工程,在干线工程无人站中采用了太阳能和风力发电设备。试点实践证明,太阳电池供电可靠、电压稳定,是比较理想的节能、无污染的新能源,目前正在推广使用。在当地有市电可利用的局(站),可采用以太阳电池为主、市电力辅的混合供电系统。现国内工厂已能生产适用于无人站要求的混合供电成套设备,在工程中已推广使用。 近年来,市话光缆接入网工程中对光网络单元(ONU)的供电提出了新的要求,首先电源设备要满足无人值守要求,高频开关整流器必须可靠,应具有集中监控的通信接口,以便从有人站对电源设备进行集中监控管理,其次由于ONU设备一般装在远离局端的民用建筑内,现场环境复杂而恶劣,室温高,因而要求蓄电池具有能耐高温和低温,充放电循环高的性能。 三、现代通信电源强调交流供电的重要性 长期以来通信电源系统是以直流供电为中心考虑的,市电停电后由蓄电池放电,保持通信设备的正常运行。但是引入数字程控交换机等现代化设备后,需要空调设备连续运行以满足机房环境的温湿度要求,必须确保其交流供电的连续性,一旦市电停电应迅速启动备用发电机供电。所以现代通信电源系统考虑的基点应从传统的以直流供电力中心转变到保证交流电的连续供电,十分重视市电和自备发电机组的可用性,保证交流电的连续供电。 为了加强自备发电机供电的可靠性,我国除使用传统的柴油发电机组外,开始试用了新型的航空燃气轮机发电机组。这种不需要水冷系统的新型机组比同功率柴油发电机组具有可靠性高、重量轻、维护工作简便、大修方便和使用寿命长等显著优点,选用集装箱结构,噪声只有85dB(A),可以露天安放或装在机楼顶上,不需要建机房,也可以装在机楼内。这种机组还可以装在汽车上组成车载移动电站,作为一个城市的备用电站。 燃气轮机采用高强度耐高温合金材料制造,由计算机控制,故成本较高,另外耗油量较大,适宜大型或超大型电信局使用,或作为大型移动电站使用。 ——由原邮电部和航空工业总公司批准,并由原邮电部设计院、广东省邮电管理局和哈尔滨航空发动机厂联合研制生产的1600kW燃气轮发电机组已于1998年9月安装在广州市电信局客村机楼原有油机房内,机组一次通过了信息产业部和航空工业总公司联合进行的鉴定,已投入正式运行半年多,运行正常。 四、通信电源规范、规程和标准的建设 在原邮电部各司局的指导下,通信电源在50年的历史过程中积累了丰富的经验,并编制和发布了有关电源设计、安装、维护、入网、设备制造方面一整套的规范、规程、标准和资料,对发展通信电源起到重要作用,以下介绍其中主要的几项。 (1)《通信局(站)电源系统总技术要求(暂行规定)》 该暂行规定是一个有关通信局(站)供电体制方面的法规性技术文件,是通信电源工程设计、设备引进、研制、生产、安装、维护与管理的技术依据。 该暂行规定是总结多年来通信电源科研和专业成果,引入重要新思路和新技术。如对直流基础电源提出-48V为正选的电源电压,而-24V、-60V为过渡时期暂留的电源电压。又如对供电系统,应提高交流供电系统的订靠性,合理减小蓄电池组容量的新思路。提出了电源系统可靠性指标和分散供电原则,电源和空调系统集中监控维护管理,以及进网电源设备系列和主要技术性能指标。 ——该暂行规定于1995年7月正式发布,经过近4年的实施,现根据部科技司的安排,信息产业部邮电设计院正根据实施中间题加以修改提高,对暂缺部分进行补充,使其上升为一个正式规定。 (2)《通信电源设备安装设计规范》 该规范是电信枢纽、综合通信局、市话局、无线、有线通信局(站)等电源设备安装工程的设计有关标准,对建设通信局(站)市电、供电系统、设备配置等作了具体规定,是工程设计中必不可少的文件。 该规范于1997年6月25日发布,1997年9月1日正式施行。 (3)《通信电源维护规程》 该规程是为了适应电信大发展需要,保证通信质量和安全畅通,在总结实践经验基础上对电源设备的运行管理和维护工作,保障系统稳定、可靠的运行和优质供电而制定的。 该规程规定了维护组织,维护工作的基本制度和各项电源设备的质量标准和维护等。 该规程于1994年12月9日发布,1995年7月1日正式施行。 此外我国已制订了一整套通信电源设备通信行业标准,如通信用高频开关整流器、直流—直流变换设备、逆变设备、配电设备和通信用阀控式密封铅酸蓄电池技术要求和检验方法等,并对这些设备的入网质量要求也制订了相应的规定。 五、结束语 综上所述,50年来我国通信电源的发展出现了崭新的面貌,首先我国已开始用高频开关电源设备等新设备装备通信局(站),同时在设计、维护等方面积累了丰富经验,在科研专业上也有长足进步,但是我们也要看到,目前尚缺乏长远的发展规划,尤其在科研专业上与国外存在较大差距,仍是通信电源专业的一个薄弱环节,只有通过不懈努力,相信在21世纪初期有望使我国通信电源专业水平达到国际先进水平。

    时间:2018-12-04 关键词: 电源技术解析 通信电源

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